4 Материалы для сильноточный пп

Большую группу Полупроводниковые материалы составляют химические соединения типа A^III B^V (элементов III группы с элементами V группы) — арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs, InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и выращивание монокристаллов обычно производят в замкнутых сосудах из высокотемпературных химически инертных материалов, обладающих высокой прочностью, поскольку давление насыщенного пара над расплавом таких элементов, как Р и As, сравнительно велико. Примеси элементов II группы придают этим Полупроводниковые материалы, как правило, дырочную проводимость, а элементов IV группы — электронную. Полупроводниковые материалы этой группы используют в основном вполупроводниковых лазерах, светоизлучающих диодах, Ганна диодах, фотоэлектронных умножителях, в качестве плёночных детекторовизлучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных волн.   Полупроводниковые материалы типа AⁱⁱB^vi из которых наиболее широко применяют соединения ZnO, ZnS, CdS, CdSe, ZnSe, HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe, получают преимущественно с помощью химических реакций в газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное сопротивление и тип проводимости этих Полупроводниковые материалы определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от стехиометрического (см. Стехиометрия). Использование Полупроводниковые материалы этого типа связано главным образом с их оптическими свойствами и фоточувствительностью. Поэтому их применяют в фоторезисторах,фотоэлементах, электроннолучевых приборах и приборах ночного видения, модуляторах оптического излучения (см. Модуляция света) и т.д.   К Полупроводниковые материалы относят также некоторые аморфные стеклообразные халькогенидные системы, например сплавы Р, As, Sb,Bi с Ge, S, Se, Te, и оксидные системы, например V₂O₅ — P₂O₅ — R_xO_y, где R — металлы I — IV групп, х — число атомов металла и у — число атомов кислорода в окисле. Их используют главным образом в качестве оптических покрытий в приборостроении. Медь. Положительные свойства: высокие удельная электрическая проводимость и теплопроводность, достаточная твердость, что позволя­ет применять при частых включениях и отключениях довольно высокие значения  и  , простота технологии, низкая стоимость.Недостатки: достаточно низкая температура плавления, при рабо­те на воздухе покрывается слоем прочных оксидов, имеющих высокое сопротивление, требует довольно больших сил нажатия. Применяется как материал для плос­ких и круглых шин, контактов аппаратов высокого напряжения, кон­такторов, автоматов и др. Вследствие низкой дугостойкости нежелатель­но применение в аппаратах, отключающих мощную дугу и имеющих большое число включений в час.Серебро. Положительные свойства: высокие электрическая проводи­мость и теплопроводность, пленка оксида серебра имеет малую механи­ческую прочность и быстро разрушается при нагреве контактной точки. Контакт серебра устойчив благодаря малому напряжению на смятие  . Для работы достаточны малые нажатия (применяется при нажати­ях 0,05 Н и выше). Устойчивость контакта, малое переходное сопротив­ление являются характерными свойствами серебра.Недостатки: малая дугостойкость и недостаточная твердость пре­пятствуют использованию его при наличии мощной дуги и частых вклю­чениях и отключениях.Применяется в реле и контакторах при токах до 20 А. При больших токах вплоть до 10 кА серебро используется как материал для главных контактов, работающих без дуги.Алюминий. Положительные свойства: достаточно высокие электри­ческая проводимость и теплопроводность. Благодаря малой плотности, токоведущая часть круглого сечения из алюминия на такой же ток, как и медный проводник, имеет почти на  48 % меньшую массу. Это позволя­ет уменьшить массу аппарата.Недостатки:1) образование на воздухе и в активных средах пленок с высокой механической прочностью и высоким сопротивлением;  2) низ­кая дугостойкость (температура плавления значительно меньше, чем у меди и серебра); 3) малая механическая прочность; 4) образование медным и алюминиевым контактами своеобразного гальванического элемента из-за наличия в окружающем воздухе влаги и оксидов. Под действием ЭДС этого элемента происходит электрохимическое разрушение кон­тактов (электрохимическая коррозия). В связи с этим, при соединении с медью алюминий должен покрываться тонким слоем меди электро­литическим путем либо оба металла необходимо покрывать серебром.Алюминий и его сплавы (дюраль, силумин) применяются, главным образом, как материал для шин и конструкционных деталей аппаратов.Вольфрам. Положительные свойства: высокая дугостойкость, боль­шая стойкость против эрозии, сваривания. Высокая твердость вольфра­ма позволяет применять его при частых включениях и отключениях.Недостатки: высокое удельное сопротивление, малая теплопровод­ность, образование прочных оксидных и сульфидных пленок. В связи с образованием пленок и их высокой механической прочностью вольфра­мовые контакты требуют большого нажатия.В реле на малые токи с небольшим нажатием применяются стойкие против коррозии материалы – золото, платина, палладий и их сплавы.Металлокерамические материалы.Рассмотрение свойств чистых ме­таллов показывает, что ни один из них не удовлетворяет полностью всем требованиям, предъявляемым к материалу контактов.Материалы, обладающие необходимыми свойствами, получают методом порошковой металлургии (металлокерамики). Полученные таким методом материалы сохраняют физические свойства входящих в них металлов. Дугостойкость металлокерамики обеспечивается такими компонентами, как вольфрам,     молибден. Низкое переходное сопротивление контакта достигается использованием в качестве второго компонента серебра или меди. Применение металлокерамики увеличивает стоимость электрических аппаратов, однако в эксплуатации эти затраты окупаются за счет увеличения срока службы ЭА и повышения его надежности.

5собственные ,примесные ПП

Соб­ственные полупроводники - это полупроводники, элек­тро­­про­водность которых определяется  собственными но­сителями за­­ря­да, появившимися в результате перехода носителей под дей­ст­ви­ем температуры из валентной зоны в зону про­во­ди­мо­сти по­лу­­про­во­д­ника. Механизм собствен­ной про­во­ди­мо­­сти ха­­ра­кте­рен для сверхчистых полу­проводниковых ма­те­ри­а­лов, в ко­торых кон­центрация примесей не превышает 10¹⁶...10²⁴ м^-3. Од­на­ко соб­ст­вен­ная проводимость наблюдается в по­лу­про­вод­ни­­ках также в том случае, ко­гда примеси не оказывают за­мет­но­го влияния на эле­кт­ро­­про­вод­ность при данной тем­пе­ра­ту­ре.

Зонная диа­­­г­ра­м­ма собственного полупроводника имеет вид, показанный на рис. 1.24, где W_c - нижний энерге­ти­че­ский  уро­­вень зо­ны прово­ди­­­­­мо­сти (дно зоны проводимости), W_v - ве­рхний энер­ге­ти­­че­с­кий  уро­­вень ва­ле­н­т­ной зоны (по­толок валентной зоны), DW_g=W_c-W_v - ширина запре­щен­­­ной зоны, зна­че­ние кото­рой для раз­ли­ч­­ных по­лу­про­вод­никовых материалов на­хо­ди­тся в пределах 0,05...3 эВ.

Вместо энергии электрона W в ряде случаев при построении зо­н­­­­­­ных диаграмм пользуются значе­ни­ями  энер­ге­ти­че­с­кого по­тен­­­ци­ала j,  который определяется из со­от­ношения

Примесный полупроводник - это полупроводник, элек­т­ро­­­фи­зи­­чес­кие свойства которого определяются, в основном, при­ме­ся­­ми дру­гих химических элементов.  Процесс вве­дения примесей в по­­лу­­про­водник называется леги­ро­ва­ниемполупроводника, а са­ми при­­­­меси называют леги­ру­ю­щи­ми. Для равномерного распре­де­­ле­­ния легирующей примеси в объ­еме полупроводника ле­ги­ро­ва­­ние осу­­щест­в­ля­ет­ся в процессе вы­ращивания монокристалла по­лу­­про­вод­ника из жидкой или га­зо­образной фазы. Локальное ле­ги­­ро­ва­ние части объема полу­про­водника­, например, при­по­ве­р­х­ностной об­­ла­сти, производится методом диффузии при силь­ном нагреве полупроводника или низкотемпературными методами ион­ного ле­ги­ро­вания.

Роль примесей могут играть и всевозможные дефекты стру­к­ту­ры кри­­сталлической решетки полупроводника, такие как вакан­сии,  ме­ж­ду­узельные атомы, дислокации.

При малой концентрации примесей (10²¹...10²³ м^-3) примесные атомы со­­з­­дают  дополнительные дискретные энергетические уровни в за­­п­ре­щенной зоне полупроводника. Такой полупроводник на­зы­ва­ется не­вы­рожденным.Повышение концентрации примесных ато­­мов в полупроводнике до 10²⁴...10²⁵ м^-3 сопровождается поя­в­ле­нием в за­пре­щенной зоне по­лу­про­водника вместо дискретных уров­ней зон при­­мес­ных уров­ней. Такие полупроводники на­зы­ва­ютвы­рож­ден­ными.

Различают два основных вида примесей, которые ис­поль­зую­т­­ся для преднамеренного легирования полупроводников и соз­да­ю­­щих преимущественно электронный или дырочный тип про­во­ди­­мо­сти. Примеси, введение которых в полупроводник соз­да­­ет  эле­к­т­ронный тип проводимости, называются донорными. При­­месь, соз­да­ющая дырочную про­води­мость, называется акцеп­тор­ной.