МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Кафедра микро- и наноэлектроники

Отчет

по лабораторной работе

по дисциплине «Физика полупроводников»

Тема: Статистика электронов в полупроводниках

Вариант № 6

Студенты гр. 3206	_________________ _________________	Джо Пич Игорь Вихорьков
Преподаватель	_________________

Санкт-Петербург

20ХХ

Содержание

1. Литературный обзор исследуемого материала 3

1.1 Свойства антимонида индия (InSb) 3

1.2 Способы получения InSb 5

1.3 Применение InSb 5

1.4 Выбор примесей 6

2. Расчетная часть 7

2.1 Определение зависимости ширины запрещенной зоны от температуры. 7

2.2 Определение эффективных плотностей состояний в валентной зоне и зоне проводимости. 8

2.3 Расчет собственной концентрации носителей заряда. 9

2.4 Расчет температурной зависимости уровня Ферми. 10

2.5 Расчет концентрации основных носителей заряда для компенсированного полупроводника. 12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 15

1. Литературный обзор исследуемого материала

1.1 Свойства антимонида индия (InSb)

Антимонид индия (InSb) – кристаллическое бинарное неорганическое химическое соединение индия и сурьмы. Является узкозонным прямозонным полупроводником группы . [1]

InSb обладает наиболее узкой запрещённой зоной среди бинарных полупроводниковых соединений. Запрещенная зона составляет 235 мэВ при 0 К и 172 мэВ при 300 К, причём с ростом температуры от 300 К до ~77 К ширина зоны увеличивается почти линейно (Рис.1.1). Во всём этом интервале зона остаётся прямой, поэтому приборы на основе InSb (излучатели и детекторы), как правило, обладают высокой квантовой эффективностью. Граничная длина волны, определяемая шириной запрещённой зоны, составляет 5,5 мкм при 77 К и 7 мкм при 300 К; это означает, что устройства, работающие при 77 К, идеально согласованы с окном прозрачности атмосферы 3–5 мкм. [2]

Рисунок 1.1 – Зависимость ширины запрещенной зоны InSb от температуры [2]

Антимонид индия (InSb) кристаллизуется в структуре ZnS (сфалерита), которая состоит из двух взаимопроникающих гранецентрированных кубических решёток, смещённых друг относительно друга на четверть главной диагонали элементарной ячейки. [2]

Зонная структура InSb представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Зонная структура антимонида индия [3]

Основные параметры исследуемого материала представлены в таблице 1.

Таблица 1.1. – Основные параметры InSb

Постоянная решетки a	0,647877 нм
при	0,24 эВ
	эВ
Эффективная масса электронов	0,013
Эффективная масса дырок	0,4
Подвижность электронов
Подвижность дырок
Собственная концентрация носителей заряда
Собственное удельное сопротивление
Эффективная плотность состояний зоны проводимости
Эффективная плотность состояний валентной зоны

1.2 Способы получения InSb

1)Выращивание монокристаллов

Крупные совершенные кристаллы InSb могут быть выращены путём отверждения расплава по методу Чохральского в атмосфере инертного газа (Ar, He, N2) или водорода при пониженном давлении (примерно 50 кПа). Также, путём жидкофазной эпитаксии, эпитаксии по методу горячей стенки, молекулярно-пучковой эпитаксии. Они также может быть выращены при разложении металлоорганических соединений индия и сурьмы методом ОМСИГФ. [1]

2)Синтез

InSb получают сплавлением индия с сурьмой в кварцевом контейнере в вакууме (~0,1 Па) при 800—850 °C. Очищают зонной плавкой в атмосфере водорода. [1]

1.3 Применение InSb

Уникальное сочетание узкой запрещённой зоны, высокой подвижности электронов и чувствительности в среднем ИК-диапазоне (1–5 мкм) определяет широкую область применения InSb в специализированной электронике и оптоэлектронике.

Антимонид индия — один из основных материалов для фотоприёмников среднего ИК-диапазона (3–5 мкм). На его основе выпускаются фотодиоды, фоторезисторы и фотоэлектромагнитные детекторы.

Высокая подвижность электронов делает антимонид индия оптимальным материалом для датчиков Холла и магниторезисторов. Датчики Холла на основе InSb отличаются высокой чувствительностью к магнитному полю и используются в системах бесконтактного измерения тока, датчиках положения, преобразователях и усилителях электрической мощности.

Также InSb применяется для изготовления туннельных диодов. По сравнению с германиевыми аналогами, туннельные диоды из антимонида индия обладают лучшими частотными характеристиками при низких температурах.

Слоистые гетероструктуры AlInSb/InSb используются для создания транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT), работающих в СВЧ- и миллиметровом диапазонах. [4]