Основные параметры и свойства полупроводниковых материалов.

Очевидным признаком полупроводников является меньший, чем у металлов, но больше чем у диэлектриков электропроводность (металлов: 10^-8 10^-5 ; диэлектриков 10⁺⁷ 10⁺¹⁶ Электропроводность полупроводников в большой степени зависит от внешних энергетических воздействий. От различных примесей присутствующих в собственном полупроводнике. Управляемость электропроводностью полупроводников посредством температуры, света, электрического поля, механических усилий, положено в основу принципы действия, соответственно терморезисторов (термисторов), фоторезисторов, нелинейных резисторов (варисторов), и тензорезисторов. Наличие у полупроводников двух типов проводимости электронной n и дырочной p позволяют получить изделие с p/n переходом. Выпрямители, усилители, генераторы. Оптические, термические, термоэлектрические, электрические свойства полупроводников определяют эксплуатационные параметры готовых приборов. Особые требования предъявляют таким свойствам полупроводниковым материалов: тип проводимости, концентрация основных носителей зарядов, подвижность носителей зарядов, удельное сопротивление, время жизни не основных носителей и их диффузионная длина. Легирующие примеси в полупроводнике должны быть распределены равномерно по всему объему слитка, что обеспечивает одинаковые параметры всей партии приборов. Температур устойчивость определяется минимальными и максимальными рабочими температурами, при которых работают полупроводниковые диоды, транзисторы и интегральные схемы. Верхний предел рабочих температур в полупроводниковых материалов зависит от ширины запрещенной зоны. Для германия он равен от 80-100С, для кремния от 120-200С, для арсенида галлия до 350С, для фосфида галлия 500-600С, для карбида кремния до 700С. Нижний предел рабочих температур полупроводниковых материалов определяется энергией ионизации легирующих примесей, которая должна быть значительной при температурах до -60. Рабочая частота полупроводниковых приборов определяется подвижностью электронов и дыр. Подвижность имеет максимальное значение в не компенсированном материале, поэтому материал, применяемый для изготовления полупроводниковых приборов должен обладать ярко выраженными электронными или дырочными свойствами. Большинство пп (полупроводниковые приборы) за исключением импульсных должны иметь достаточно большое значение времени жизни не основных носителей зарядов, а импульсные полупроводниковые диоды из материала делаются с малым временем жизни не основных носителей заряда, то есть, как правило, с компенсированным материалом. Термоэлектрические приборы изготавливают из пм, обеспечивающих максимальную величину коэффициента эффективности, то есть эти материалы должны обладать высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью, такими свойствами обладают антимонит цинка, теллурит, селенид висмута, а так же их твердые растворы. Полупроводниковые материалы для лазеров должны быть чистыми, обладать совершенной структурой, так как посторонние примеси, и дефекты приводят к появлению внутри запрещенной зоны промежуточных энергетических уровней. Кроме того эти материалы должны иметь высокое значение подвижности при данной концентрации носителей заряда. Основной параметр люминесцентных диодов - длина волны излучения и зависит от ширины запрещенной зоны и от типа вводимых примесей. Так например зеленое излучение чистого фосфида галлия может быть изменено на красное легированием исходного полупроводника кислородом. Количество типов п/п велико. И каждый прибор в зависимости от принципа и условия работы нуждается в материале с определенными параметрами. Используемые в практике полупроводники могут быть разделены на простые, когда основной состав образован атомами одного химического элемента и сложные п/п композиции образованные атомами двух и более химических элементов. К простым мы относим

• Простые: B, Si, P, Se, S, Te, Ge, I

• Сложные: А₃B₅(ZnSb, GaAs - арсенид галлия, (фосфид галлия - GaP),

А₂ B₄ (CdS - сульфид кадмия), (селенид цинка) ZnSe)

А₄ B₄ (карбид кремния SiC)

ПП обладают следующими преимуществами:

1. Большой срок службы

2. Малые габариты и масса

3. Простота и надежность конструкции и большая механическая прочность. Они не боятся ударов и тряски

4. Малая мощность и малая инерционность.

5. Экономичность при массовом производстве