- •Мгупи Кафедра мт-6 «Физико-химического материаловедения и композиционных материалов»
- •Москва, 2013
- •Технические параметры материалов
- •1.Объемно-структурные параметры.
- •2.1. Прочность
- •2.1.1.Кратковременная прочность при растяжении
- •2.1.2. Динамическая прочность
- •2.2.Жесткость
- •2.3. Твердость
- •2.5.3. Характер разрушения адгезионного соединения
- •3.Теплофизические свойства
- •3.6. Температура фазовых переходов
- •4. Электрические свойства
- •5. Магнитные свойства
- •6. Химическая стойкость Универсальный параметр
- •8. Оптические параметры.
- •10. Энергетические параметры
- •11. Диффузионные параметры
- •Структура материалов Химические связи.
- •Кристаллы.
- •Аморфная фаза.
- •Фазовое состояние материалов
- •Состояния воды
- •Элементы зонной теории твердого тела.
- •Проводимости.
- •Полимеры
- •Получение полимеров.
- •Физические и фазовые состояния полимеров
- •Физические свойства полимеров
- •Металлы и сплавы
- •Fe3c- карбид железа
- •Цветные металлы.
- •Сплавы высокого электрического сопротивления
- •Техническая керамика.
- •Применение технической керамики.
- •Стекла и ситаллы Неорганические стекла.
- •Ситаллы
- •Композиционные материалы
- •Диэлектрики.
- •Сегнетоэлектрики.
- •Пьезоэлектрики
- •Электреты.
- •Жидкие кристаллы.
- •Полупроводники.
- •Получение.
- •Полупроводниковые химические элементы.
- •Полупроводниковые соединения
- •Магнитные материалы.
- •Литература
Полупроводниковые химические элементы.
Полупроводниковые материалы подразделяются на химические элементы и химические соединения. В Периодической системе имеется 12 элементов, обладающих полупроводниковыми свойствами: B,C,Ge,Si,Sn,P,As,Sb,S,Se,Te,J. Техническое значение имеютSiиGe.
Кремний. Кремний по распространенности в земной коре (27 %) занимает 3-е место после кислорода. Встречается главным обратом в виде диоксида кремния SiO2(кремнезем), а также в виде солей кремневых кислот - силикатов. В техникеSiполучают восстановлением кремнезема углем в присутствии железа в электрических печах. Получаемый таким образом технический кремний содержит 58 % примесей. Для достижения полупроводниковой чистоты (содержание примесей ниже 10-9%) технический кремний вначале доводят до химической чистоты путем перевода его в летучее соединение, которое очищают физическими методами (ректификацией) и затем восстанавливают водородом. Дальнейшая очистка проводится кристаллофизическими методами. В кремний в качестве донорных примесей вводят элементы 5 группы Периодической системы элементов: мышьяк As,сурьму Sb,фосфорP, а в качестве акцепторных примесей элементы 3 группы: алюминийAlи бopB. Ширина запрещенной зоны кремния - 1,12 эВ. Это позволяет использовать его до 125оС. Кремний основной материал современного полупроводникового приборостроения. Он применяется для изготовления диодов, триодов, транзисторов, интегральных схем, управляемых вентилей для регулировки токов и напряжений на выходе мощных выпрямителей, туннельных диодов и фотодиодов и фототранзисторов, варикондов (управляемые конденсаторы) и пр.
Германий. Германий в противоположность кремнию является редким и рассеянным элементом. Он в незначительных количествах присутствует во многих сульфидных рудах и извлекается главным образом из отходов медного, свинцового и цинкового производств. Химическая часть производства германия многостадийна и включает последовательный перевод:GeGeO2GeCl4GeO2 Ge. Химически чистый германий затем подвергают очистке зонной плавкой, после чего перечисленными ранее методами вводят легирующие примеси: акцепторные - галлийGa, индийIn, или донорные – ванадийV, сурьму Sb. Ширина запрещенной зоны германия - 0,72эВ, поэтому доступная рабочая температура германия ниже, чем у кремния и составляет 75°С. Долгое время германий был основным полупроводниковым материалом. Первые точечные диоды были изготовлены изGe(I945 г.). До сих пор из германия, изготавливают диоды, триоды и другие традиционные элементы, однако все в меньшем объеме. В настоящее время германий широко используется в новых приборах в приборах с гетеропереходами (например,nGe-pGaAs) в транзисторах с оптической связью (pGaAs-nGaAs-pGe),в лавинопролетных приборах и т.д., а также в фотодиодах, фототранзисторах, датчиках Холла.
Рис.9.2.
Зависимость ширины запрещенной зоны
от состава сплава и фазовая диаграмма.