41. Полупроводниковые материалы. Выращивание монокристаллов из расплава, раствора и газовой фазы.

Полупроводниковые материалы делятся на 3 группы: 1)простые химические элементы Si, Ge; 2)ПП химич. соединения элементов II, III, IV групп B, P, As (InSb - антимонид индия, GaAs - арсенид галлия, SiC - карбид кремния); 3)Многофазные ПП-материалы с полупроводящей и проводящей фазой из графита и других материалов.

Для изготовления полупроводниковых элементов используют монокристаллы, которых нет в природе, поэтому их получают искусственным путём. Монокристалл - кристалл с непрерывной кристаллической решёткой. Поликристалл - кристалл, состоящий из множества различно ориентированных монокристаллов.

Выращивание монокристаллов из расплава. При выращивании из расплава движущей силой кристаллизации является разность температур. В тигель помещают слитки материала, расплавляют, причём температура расплава должна быть на 150⁰С больше температуры плавления. В расплав опускают стержень с затравкой на конце, на которой начинается рост монокристалла. Стержень вращают и постоянно вытягивают из расплава со скоростью 1-2 мм/мин. Слиток на воздухе затвердевает. Таким методом получают слитки диаметром до 100 мм. Движущей силой кристаллизации является градиент температур.

Выращивание из раствора производят в пересыщенных растворах. Пересыщение достигают путём охлаждения раствора, насыщенного при комнатной температуре. Раствор помещают в ванну, где его непрерывно перемешивают. Рост монокристалла начинается на затравках, подвешенных в ванне. Движущей силой кристаллизации является разность температур и концентрации.

Выращивание из газовой фазы. Исходный материал нагревают до температуры выше температуры испарения, при этом образуется направленный поток атомов и молекул, который осаждается на поверхности кристаллизации.

42. Зонная очистка полупроводников.

1-кварцевая трубка, 2-витки СВЧ нагрева, 3-слиток полупроводника, 4-графитовая лодочка, 5-каретка, 6-расплавленная зона.

Слиток германия помещают в графитовую лодочку, заключённую в кварцевую трубку, через которую продувают инертный газ. При помощи витка ВЧ-контура 2 получают узкую зону плавления 6, которая перемещается вдоль образца, т.к. виток двигается вместе с кареткой. Для ускорения очистки используют не один, а несколько витков, что эквивалентно нескольким очисткам при одном нагревателе. Все примеси концентрируются на конце слитка, от которого отрезается загрязнённая часть, длинной 20-25 мм.

Физической основой зонной очистки является тот факт, что большинство примесей обладает лучшей растворимостью в жидкой фазе, поэтому вместе с расправленной зоной уносится к одному краю слитка.

Т.к. Si хорошо реагирует и вступает в реакцию с другими материалами, то для него применяют бестигельную зонную очистку, т.е. образец зажимают с двух концов в вертикальном положении и перемещают витки снизу вверх. За счёт сил поверхностного натяжения образец не разрывается.

43. Основные полупроводниковые материалы: кремний и германий, их особенности, получение и применение.

Основной материал - кремний. Для получения кремния р-типа полупроводник легируют литием или бором, а для получения n-типа - мышьяком, сурьмой или фосфором. Достоинства Si: большая ширина запрещённой зоны, что обеспечивает работу приборов при высоких температурах. Из кремния изготавливают диоды, транзисторы, тиристоры, ИМС.