Характеристики основных полупроводниковых материалов

В электро-, радиотехнике, в основном, используются в качестве полупроводниковых материалов германий, кремний, селен, карбид кремния, арсенид галлия.

Кремний и германий - элементы IV группы таблицы Менделеева - относятся к алмазоподобным полупроводникам, т.к. они имеют кристаллическую структуру алмазо - кубическую, когда каждый атом Ge или Si окружен четырьмя такими же атомами, расположенными на одинаковых расстояниях от рассматриваемого, и образует ковалентную связь с соседними.

Германий Ge получил широкое распространение в серийном производстве различных полупроводниковых приборов - диодов, транзисторов, фотодиодов, фоторезисторов, тензометров, счетчиков ядерных частиц и др. Рабочий диапазон температур этих приборов - -60-+80 ^оС.

Содержание германия в природе 710 ^-4%, находится, в основном, в цинковых и сульфидных рудах в виде примесей к ним (0,01 - 0,5 %). Сравнительно высокая стоимость германия объясняется сложностью получения исходного сырья.

Германий, используемый для изготовления полупроводниковых приборов не должен содержать примесей больше 510^-9%. Очищают германий от примесей способом зонной плавки, используя эффект того, что многие примеси имеют более высокую растворимость в жидком растворе, чем в твердом. Для получения германия определенной проводимости в расплав очищенного германия вводят соответствующую донорную или акцепторную примеси, затем из расплава вытягивают с определенной скоростью многокристаллический германий в виде цилиндра заданного диаметра.

Все сорта германия обладают большой твердостью и хрупкостью.

Маркировка включает сведения о материале (Г - германий), типе проводимости (Д - дырочная, Э - электронная), легирующем элементе (Г - галлий, С - сурьма), величине  (Омм) и диффузионной длине пробега не основных носителей заряда (мм). Например : ГЭС 20/1, 0; ГДГ 0,75/0,5.

Кремний (Si) - элемент IV группы, после кислорода - самый распространенный элемент в земной коре (28%), однако в свободном состоянии не встречается. Материалами для получения кремния являются кремнезем, силикат. Чистый кремний имеет температуру плавления Тпл=1420 ^оС; =2,3 Омм; =11,7.

Благодаря тому, что кремний имеет большую ширину запрещенной зоны, чем германий, кремниевые приборы могут работать до температуры 200 ^оС.

Кремний широко применяется при производстве интегральных микросхем.

Селен (Se) - элемент IV группы таблицы Менделеева. Получают как побочный продукт при электролитической очистке меди. Имеет температуру плавления Тпл=217 ^оС; =(0,8-5,0)10³ Омм; =6,3; tраб=-60-+75 ^оС.

Карбид кремния (SiC) является полупроводниковым материалом с широкой шириной запрещенной зоны (2,8-3,1 эВ), поэтому он применяется для изготовления полупроводниковых приборов, работающих при температурах до 700 ^оС. Применяется для изготовления варисторов (нелинейных сопротивлений), светодиодов, высокотемпературных транзисторов, диодов.

Температура плавления Тпл=2700 ^оС; =20²-10⁵ Ом; =6,5-7,5.

Окисные полупроводники - Cu₂O (закись меди), ZnO (окись цинка), TiO₂ (двуокись титана), Fe₃O₄, NIO₂, и др. Используются для изготовления терморезисторов и варисторов.

Арсенид галлия - соединение галлия с мышьяком - применяется для изготовления полупроводниковых приборов диапазона СВЧ.