34. Классификация легирующих примесей. Назначение лег-их примесей.

Легирующие примеси делят на электрически активные и неак­тивные. Характер электрической активности примеси в свою очередь за­висит от соотношения валентностей примеси и полупроводника. Исходя из этого, легирующие примеси делятся на:

1) неизовалентные, т.е. примеси, валентность которых отличается от валентности замещаемых ими атомов основного вещества. Они вносят разрешенные уровни в запрещенную зону основного полупроводника;

2) изовалентные, т.е. такие, валентность которых совпадает с ва­лентностью замещаемых ими атомов полупроводника. В состоянии за­мещения они не создают разрешенных уровней.

В тех полупроводниковых материалах, в которых; основным типом химической связи является ковалентная связь, неизовалентные примеси растворяются в небольших количествах. Предельная растворимость в атом случае составляет 10¹⁷-10²⁰ ат/см³ и редко 10²¹ ат/см³ В примесных полупроводниках электроны в зону проводимости и дырки в валентную зону поставляются активными примесями. После вве­дения в полупроводник электрически активных донорных или акцептор­ных примесей в его запрещенной зоне возникают уровни у дна зоны про­водимости (вносят доноры) или у потолка валентной зоны (вносят акцеп­торы).

Такие мелкие уровни в кремнии создают элементы III и V групп пе­риодической системы, число валентных электронов которых отличается

от валентности кремния на +1 (для доноров) и -1 (для акцепторов). Иони­зация таких примесей происходит при очень низких температурах, поэто­му они определяют в основном электропроводимость полупроводников.

Примеси I, II, VI, VII групп периодической системы имеют большую энергию ионизации и их энергетические уровни расположены глубоко в запрещенной зоне.

Легирование полупроводников осуществляют для достижения сле­дующих целей: изменения положения уровня Ферми; создания разрешен­ных уровней в запрещенной зоне с целью изменения концентрации и типа носителей заряда; создания центров излучательной и беэызлучательной рекомбинации; изменения подвижности, длины свободного пробега носи­телей зарядов; изменения ширимы запрещенной зоны; изменения пре­дельной растворимости другой примеси; изменения межатомных рас­стояний с целью уменьшения макронапряжений в гетероэпитаксиальных композициях, на границах р-п переходов; изменения коэффициента тер­мического линейного расширения (КТЛР) с той же целью; создания внут­ренних геттеров в подложках для собственных и примесных точечных дефектов; изменения теплопроводности; изменения механических свойств (упрочнения); улучшения адгезии между слоями разнородных веществ.

35. Поведение легирующих примесей даже в элементарных полупро­водниках не всегда бывает однозначным, так как определяется большим числом факторов: природой атомов примеси; позицией, занимаемой ато­мами примеси; степенью ионизации примеси; отклонением состава от стехиометрического; взаимодействием этой примеси с дефектами и дру­гими примесями и т.д. Знание этих факторов необходимо для правильно­го выбора легирующей примеси, ее концентрации, способа введения.

Кроме легирующих имеются случайные или фоновые примеси, непреднамеренно вводимые в полупроводниковые материалы в процессе их производства и обработки. Фоновые примеси, как правило, ухудшают свойства материала и за­трудняют управление ими. Поэтому необходимы установление природы неконтролируемых примесей, источников их попадания в основной мате­риал, разработка технологии, предотвращающей это попадание.

В абсолютном большинстве случаев легирующая примесь обеспечивает создание необходимых свойств в полупроводниковом ма­териале, только будучи растворенной в нем в атомарном (ионизированном) состоянии или в виде комплексов. Легирование в ко­личествах, превышающих предел растворимости и вызывающих образо­вание дополнительных фаз, как правило, отрицательно влияет на основ­ные свойства полупроводников.

36. Применение кремния. Кремний является базовым материалом при изготовлении интегральных схем. Несмотря на интенсивное развитие интегральной микроэлектроники, в общем объеме выпуска полупроводни­ковых изделий значительную долю составляют кремниевые дискретные приборы. Из него изготавливают выпрямительные, импульсные, СВЧ-диоды, низкочастотные и высокочастотные, мощные и маломощные би­полярные транзисторы, полевые транзисторы, приборы с зарядовой связью. Из кремния изготавливают большинство стабилитронов и тиристоров.

Кремний широко применяется для производства фоточувствитель­ных приборов: фотодиодов и фототранзисторов. Спектр фоточувстви­тельности кремниевых фотодетекторов хорошо согласуется со спектром излучения многих полупроводниковых источников света.

Кроме того, Si используется для изготовления солнечных батарей, детекторов радиоактивного излучения, датчиков Холла и тенэодатчиков.