Физико-химические основы специального материаловедения Кафедра технологии полупроводниковых материалов

1. Какие собственные точечные дефекты будут преобладать в кристаллах соединений А³В⁵ при отклонении от стехиометрии в сторону избытка элемента III группы ? Как повлияет на тип проводимости материала, если дефекты будут ионизированы? Какова природа образования этих дефектов?

Ответ: Вакансии в подрешетке элемента V группы, n-тип проводимости, так как вакансии в подрешетке анионов ведут себя как доноры. Природа образования - отклонение состава от стехиометрического.

2. Какие собственные точечные дефекты будут преобладать в кристаллах соединений А³В⁵ при отклонении от стехиометрии в сторону избытка элемента V группы? Как повлияет на тип проводимости материала, если дефекты будут ионизированы? Какова природа образования этих дефектов?

Ответ: Вакансии в подрешетке элемента III группы, p-тип проводимости, так как вакансии в подрешетке катионов ведут себя как акцепторы. Природа образования - отклонение состава от стехиометрического.

3. Какие собственные точечные дефекты преобладают в кристаллах соединений А²В⁶ при отклонении от стехиометрии в сторону избытка элемента II группы ? Каким типом проводимости обладает в этом случае материал? Каким способом изменить тип проводимости?

Ответ: Вакансии в подрешетке элемента VI группы, n-тип проводимости, так как вакансии в подрешетке анионов ведут себя как доноры. Отжиг в парах элемента VI группы или в растворах-расплавах, обогащенных этим компонентом.

4. Какие собственные точечные дефекты преобладают в кристаллах соединений А²В⁶ при отклонении от стехиометрии в сторону избытка компонента VI группы? Каким типом проводимости обладает в этом случае материала? Каким способом изменить тип проводимости?

Ответ: Вакансии в подрешетке элемента II группы, p-тип проводимости, так как вакансии в подрешетке анионов ведут себя как акцепторы. Отжиг в парах элемента II группы или в растворах-расплавах, обогащенных этим компонентом.

5. Перечислите виды собственных точечных дефектов в нелегированных кристаллах элементарных полупроводников (кремния, германия). Указать преобладающий тип дефектов и природу образования дефектов.

Ответ: Вакансии, междоузельные атомы, дивакансии, равновесные конфигурации междоузельных атомов, электронные дефекты. В Ge преобладают вакансии, в кремнии вакансии и междоузельные атомы находятся в соизмеримых количествах, дефекты имеют термическую природу образования

6. Перечислите виды собственных точечных дефектов в кристаллах полупроводниковых соединений типа А³В⁵ (арсенид галлия, фосфид индия). Указать преобладающий тип дефектов и природу образования дефектов.

Ответ: Вакансии в подрешетках элементов III и V групп, междоузельные атомы обоих элементов, антиструктурные дефекты двух типов, электронные дефекты. Преобладают вакансии, природа образования - термические или вызванные отклонением состава от стехиометрии.

7. От каких параметров зависит тип преобладающих точечных дефектов в кристалле и как изменяется концентрация собственных точечных дефектов с температурой?

Ответ: От энергии образования дефекта и температуры; концентрация дефектов возрастает с температурой по экспоненциальной зависимости ,

8. Каким способом можно зафиксировать высокотемпературный спектр собственных точечных дефектов в кристалле и каким способом привести концентрацию точечных дефектов к равновесной?

Ответ: Быстрым охлаждением от высокой температуры, длительным отжигом при соответствующей температуре.

9. Назовите легирующие примеси, которые не будут приводить к изменению электрических свойств кристаллов арсенида галлия. Будут ли эти примеси влиять на тонкую структуру кристалла?

Ответ: Примеси Ш группы ( Al, In) в подрешетке галлия, примеси V гр. (P, Sb) в подрешетке мышьяка. Оказывают упрочняющее воздействие на кристаллическую структуру.

10. Какими особенностями характеризуется поведение нейтральных и заряженных собственных точечных дефектов в кристалле?

Ответ: Концентрация нейтральных собственных точечных дефектов – величина постоянная при данной температуре, произведение концентраций заряженных точечных дефектов – величина постоянная при данной температуре.

11. Перечислите виды структурных (неточечных) дефектов в кристаллах полупроводников.

Ответ: Линейные (дислокации), поверхностные (дислокационные, двойниковые, межзеренные границы, дефекты упаковки), объемные (разрывы сплошности кристалла, включения второй фазы, упругие зональные напряжения).

12. Указать, какой тип зонной структуры имеют перечисленные материалы: GaAs, Si, InAs, GaP, Ge, Cd, Fe, GaSb, Cu. На каких свойствах кристаллы это отражается?

Ответ: GaAs, InAs, GaSb - прямозонные материалы, Si, Ge, GaP - непрямозонные, Cd, Cu, Fe - металлы, имеют непрерывный энергетический спектр. В первую очередь на электрофизических и электрооптических свойствах.

13. Как влияет состав твердого раствора GaAs - AlAs на параметры его зонной структуры?

Ответ: С увеличением содержания AlAs увеличивается ширина запрещенной зоны и при определенном составе ( 30 % AlAs) происходит переход от прямозонной структуры к непрямозонной.

14. Примеси каких химических элементов в полупроводниках являются мелкими и глубокими?

Ответ: Мелкими являются примеси, валентность которых отличается от валентности атома матрицы на +1 или -1, глубокими - на величину >1.

15. Как можно прогнозировать донорные или акцепторные свойства примесей с незаполненной d - оболочкой в кремнии?

Ответ: Примеси таких элементов имеют электронную конфигурацию sⁿd^m. Если величина n+m – 4 > 5, то примесь – акцептор, если <5 – то донор, если = 5 – амфотерная примесь. Однако из этого правила есть исключения.

16. Почему собственная проводимость кремния много меньше собственной проводимости антимонида индия?

Ответ: Это объясняется тем, что кремний – широкозонный полупроводник, а InSb – узкозонный. Кроме того, эффективная масса электронов в кремнии значительно больше и, следовательно, их подвижность значительно меньше.

17. Каков характер растворимости примесей металлов в кристаллах кремния ( германия) ?

Ответ: Для металлов характерен ретроградный характер растворимости : максимальная растворимость существует при температурах выше эвтектической.

18. Назовите методы, позволяющие исследовать механизмы рассеяния носителей заряда.

Ответ: Измерение а) температурной зависимости подвижности носителей заряда, б) спектров поглощения на свободных носителях заряда, в) термомагнитных эффектов, г) зависимости термо-э.д.с. от температуры.

19.Объясните, в чем состоит различие в спектрах собственного поглощения света полупроводников с обычным уровнем легирования и сильно легированных.

Ответ: Спектры отличаются сдвигом края поглощения в сторону малых длин волн в сильно легированном полупроводнике, что объясняется эффектом Бурштейна-Мосса.

20. Как изменяются свойства твердого раствора GaAs - InAs при изменении состава?

Ответ: параметр решетки и плотность увеличиваются с увеличением содержания InAs по закону аддитивности, ширина запрещенной зоны уменьшается , зависимость нелинейная, но отклонение от линейности невелико.