Специальные элективные дисциплины физико-химические основы специальных технологий Кафедра технологии полупроводниковых материалов

1.Объясните, почему выращенные кристаллизацией из расплава кристаллы соединения SnTe (ZnTe) независимо от состава расплава всегда обладают дырочной проводимостью. Назовите другие полупроводниковые соединения, характеризующиеся этой же особенностью.

Ответ: При всех условиях получения наблюдается отклонение от стехиометрии в пределах области гомогенности в сторону избытка компонента VI группы. Аналогично односторонними фазами являются некоторые соединения типа А²В⁶ (ZnTe, CdS, ZnS<CdSe)

2 .Почему электрические, оптические и структурные свойства кристаллов соединения InAs зависят от состава расплава, из которого производится выращивание монокристалла?

Ответ: При изменении состава расплава, из которого производят выращивание кристаллов, изменяется характер отклонения состава твердой фазы (соединения0 от стехиометрии, что реализуется за счет образования различных собственных точечных дефектов .

3. Система Si-Sb характеризуется ограниченной ретроградной растворимостью примеси в кремнии. Выплавлены сплавы с концентрацией сурьмы: 1) 10¹⁷ ат/см³, 2) 10¹⁸ ат/см³, 3) 10¹⁹ ат/см³, 4) 10²⁰ ат/см³. Определить предельную растворимость сурьмы в кремнии из данных по зависимости периода решетки твердых растворов сурьмы в кремнии от общей концентрации сурьмы в сплаве, если известны: а) период решетки Si а=0,54305 нм; б) период решетки для твердого раствора Sb в Si для сплава, заведомо лежащего в двухфазной области а[Si+Sb(10 ²¹ см^-3)] = 0,54405 нм.

Ответ: Предельная растворимость будет соответствовать точке пересечения двух линий: а) зависимости периода решетки твердого раствора Sb в Si от содержания Sb, б) линии, параллельной оси абсцисс при а = 0,54405 нм.

4. Объясните, как меняется толщина нарушенного слоя в кристалле полупроводникового материала при резке, шлифовке и полировке. Рассчитайте толщину нарушенного слоя для пластин Ge, Si ( k = 1,9; 2,1) при использовании для обработки в качестве абразивного материала микропорошка М10.

Ответ: Структура и толщина нарушенного слоя меняется при изменении вида обработки кристаллов и динамических условий обработки, а также типа полупроводника.. После резке и шлифовке НС содержит 3 подслоя: 1) рельефный, сильно нарушенный; 2) содержащий трещины и скопления дислокаций 3) переходный к ненарушенной структуре - с остаточными упругими напряжениями.

Глубину нарушенного слоя можно определить по эмпирической зависимости h = k М.

5. Выберите материал, на основе которого можно создать прибор для регистрации излучений с длиной волны 4,5 мкм. Обоснуйте выбор.

Ответ: Твердые растворы узкозонных соединений А³В⁵, выбор проводится по ширине запрещенной зоны Е_g ( эВ) = 1,24/ (мкм).

6. Выберите материал, на основе которого можно создать прибор для регистрации излучений с длиной волны 8 мкм. Обоснуйте выбор.

Ответ: Твердые растворы узкозонных соединений А²В⁶, выбор проводится по ширине запрещенной зоны Е_g ( эВ) = 1,24/ (мкм).

E_g, эВ a, нм КТР n

GaAs 1,435 0,5633 8,92 4,025

InAs 0,356 0,6058 68,86 3,4

7. Спрогнозируйте свойства твердых растворов состава In_xGa_1-xAs. Свойства бинарных соединений приведены ниже:

Ответ: Для параметров а, КТР, n свойства твердого раствора определяются по закону аддитивности (линейная зависимость), для ширины запрещенной зоны - зависимость квадратичная, в первом приближении можно принять линейную зависимость.

8. Назовите полупроводниковые материалы различного состава, которые можно использовать для создания источников и детекторов излучений для спектральной области 0,8-1,0 мкм. Разберите их достоинства и недостатки.

Ответ: GaAs, твердые растворы Ga_хIn_{1 - х}As, Ga_хIn_{1 - х}As_уP_{1 - у}. Усложнение состава приводит к усложнению технологии, но твердые растворы имеют преимущества при формировании гетероструктур для создания приборов оптоэлектроники.

9 .Расположите соединения представленных рядов в порядке убывания ширины запрещенной зоны и объясните природу этой последовательности: а) GaAs, GaSb, GaN, GaP; б) GaAs, InAs, AlAs; в) HgS, CdS, ZnS.

Ответ: Изокатионные и изоанионные ряды, с увеличением размера катиона (аниона) уменьшается ширина запрещенной зоны, так как возрастает металлическая составляющая гетеродесмической связи, которая в соединениях является ковалентно-ионной.

10 .Расположите соединения представленного ряда в порядке возрастания подвижности носителей заряда и объясните природу этой последовательности: 1) InSb, GaSb, AlSb; 2) InP, InSb, InAs; 3) CdTe, ZnTe, HgTe.

Ответ: Изокатионные и изоанионные ряды, с увеличением размера катиона (аниона) возрастает подвижность носителей заряда, так как возрастает металлическая составляющая гетеродесмической химической связи.

11 .Объясните характер изменения свойств (температуры плавления, ширины запрещенной зоны, подвижности носителей заряда) для соединений представленного ряда и объясните природу этой последовательности: Ge, GaAs, CdTe, AgI.

Ответ: Изоядерный и изоэлектронный ряд, с увеличением среднего атомного номера растет температура плавления, увеличивается ширина запрещенной зоны и уменьшается подвижность носителей (немонотонно), так как возрастает ионная составляющая связи.

12. Почему кристаллы теллурида кадмия могут быть выращены из расплава п- и р-типа проводимости? Каким образом изменить тип проводимости кристаллов?

Ответ. Теллурид кадмия является двухсторонней фазой ( возможны отклонения от стехиометрии в обе стороны от стехиометрической ординаты). При изменении состава расплава можно вырастить кристаллы с преобладающей концентрацией вакансий в подрешетке кадмия ( р-типа) или подрешетке теллура (п-типа проводимости).