Навигация
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ТИПА АIIIВV
49210
знаков
3
таблицы
10
изображений
2 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ТИПА АIIIВV
2.1 Закономерности образования. Структура и химическая связь
Соединения АIIIВV образуются в результате взаимодействия атомов III подгруппы периодической системы (В, Al, Ga, In) с элементами V подгруппы (N, P, As, Sb). Соединения АIIIВV принято классифицировать по металлоидному элементу. Соответственно различают нитриды, фосфиды, арсениды и антимониды.
За исключением нитридов соединения АIIIВV Кристаллизуются в решетке цинковой обманки кубического типа (сфалерит). Для нитридов характерна решетка гексагонального типа (вюрцит). В решетке того и другого типа каждый атом элемента III группы находится в тетраэдрическом окружении четырех атомов элемента V группы и наоборот.
Для соединений АIIIВV характерен особый тип химической связи, называемой донорно-акцепторной. Из четырех ковалентных связей, которыми каждый атом встраивается в решетку, три образуются обобществлением валентных электронов атомов АIII и ВV, а четвертая связь осуществляется неподеленной парой валентных электронов атомов ВV .
2.2 Получение соединений
Получение соединений осуществляется либо из расплава, который содержит элементы в равных количественных концентрациях (сплавление исходных компонентов), либо из раствора соединения, имеющего в избытке элемент III группы. Дальнейшие технологические процессы (кристаллизационная очистка, выращивание монокристаллов, легирование) не отличаются принципиально от применяемых в технологии получения германия.
Основными методами выращивания сверхчистых монокристаллов является зонная плавка и направленная кристаллизация. При получении кристаллов разлагающихся соединений технологическое оборудование усложняется. Для предотвращения испарения летучего компонента синтез и кристаллизацию следует проводить в замкнутом нагреваемом объеме.
При вытягивании из расплава осуществляют вытягивание на затравку из под слоя инертного флюса, который подавляет испарение летучего элемента из расплава. В качестве герметизирующей жидкости используют расплав В2О3; толщина флюса составляет около 1 см. Монокристаллы, полученные вытягиванием из расплава, обладают недостаточно высокой химической чистотой, содержат значительное количество точечных дефектов структуры, которые являются эффективными рекомбинационными центрами. Поэтому большинство полупроводниковых приборов изготавливают на основе эпитаксиальных слоев, осаждаемых из жидкой или газообразной фаз. В качестве подложек используют пластины, вырезанные из монокристаллических слитков в заданном кристаллографическом направлении. Наиболее часто используют метод жидкофазной эпитаксии: осаждение происходит при медленном охлаждении растворов в определенном интервале температур.
2.3 Физико-химические и электрические свойства
За исключением антимонидов все соединения АIIIВV разлагаются при нагревании по схеме
АIIIВV → АIII(ж) + ½ ВV2(г) (2.1)
Равновесное давление насыщенного пара, состоящего практически из молекул компонента ВV, растет с повышением температуры и в точке плавления достигает значений 104...107 Па - для фосфидов.
Полупроводниковые соединения АIIIВV образуют гомологический ряд, в котором наблюдается закономерное изменение многих свойств (табл. 2.1).
Внутри каждой группы соединений наблюдается уменьшение ΔЕ0 с ростом суммарного атомного номера и атомных масс, входящих в соединение элементов. Это объясняется более сильным размытием «электронных облаков» ковалентных связей по мере движения вниз по периодической таблице, благодаря чему усиливается характер металлической связи. Одновременно с ослаблением ковалентных химических связей снижаются температура плавления и твердость материала, полупроводник становится более пластичным, приближается по своим механическим свойствам к металлу.
Таблица 2.1 – Некоторые свойства соединений АIIIВV
| Материал | Период решетки, Å | Плотность, г/см3 | Тпл, 0С | ΔЕ0 ,эВ | un м2/Вс | up м2/Вс |
ε |
| BN | 3.615 | 3.49 | 3000 | 6.00 | — | — | 7.1 |
| AlN | 3.110 | 3.28 | 2400 | 5.88 | — | 0.0014 | 9.1 |
| GaN | 3.186 | 6.11 | 1700 | 3.40 | 0.030 | — | 12.2 |
| InN | 3.540 | 6.91 | 1100 | 1.95 | — | 0.0250 | — |
| АlР | 5.661 | 2.37 | 2000 | 2.45 | 0.008 | 0.003 | 9.8 |
| GaP | 5.451 | 4.07 | 1467 | 2.26 | 0.019 | 0.012 | 11.1 |
| InP | 5.869 | 4.78 | 1070 | 1.35 | 0.460 | 0.015 | 12.4 |
| AlAs | 5.661 | 3.60 | 1770 | 2.16 | 0.028 | — | 10.1 |
| GaAs | 5.653 | 5.32 | 1238 | 1.43 | 0.950 | 0.045 | 13.1 |
| InAs | 6.058 | 5.67 | 942 | 0.36 | 3.300 | 0.046 | 14.6 |
| AlSb | 6.136 | 4.28 | 1060 | 1.58 | 0.020 | 0.055 | 14.4 |
| GaSb | 6.096 | 5.65 | 710 | 0.72 | 0.400 | 0.140. | 15.7 |
| InSb | 6.479 | 5.78 | 525 | 0.18 | 7.800 | 0.075 | 17.7 |
Подвижность носителей заряда в полупроводниках типа АIIIВV ограничивается рассеянием на оптических фононах. Чем больше электроотрицательность элементов, образующих соединение, тем сильнее выражена ионная составляющая химической связи. Соответственно возрастает рассеяние на оптических колебаниях и уменьшается подвижность носителей заряда. Приближенно можно считать, что подвижность увеличивается с ростом атомной массы. Увеличение атомной массы ведет к уменьшению амплитуды тепловых колебаний атомов, что, в свою очередь, приводит к уменьшению рассеяния носителей заряда на этих колебания. А так как в том же направлении происходит ослабление ионной составляющей связи, то подвижность носителей резко возрастает.
Среди всех соединений АIIIВV InSb обладает рекордной подвижностью электронов: un = 7,8 м2(Вс).
Похожие работы
... материалы, но наибольшее распространение получили оксиды металлов переходной группы Д. И. Менделеева [от титана (порядковый номер 22) до меди (порядковый номер 29)]. Основные требования, предъявляемые к полупроводниковым материалам таких термисторов, определяются необходимостью обеспечить широкий диапазон номинальных сопротивлений, различный температурный коэффициент сопротивления, малый разброс ...
... установкой и откачивают выделяющиеся во время расплавления материала газы и летучие соединения. Откачка длится от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от времени плавки. Высокую степень чистоты полупроводниковых материалов получают возгонкой или сублимацией. Этот метод основан на способности некоторых твёрдых веществ переходить в парообразное состояние, минуя жидкую фазу, а затем в ...
... по миру. Если в 1900 г. в год получали около 8 тысяч тонн легкого металла, то через сто лет объем его производства достиг 24 миллионов тонн. 2. Металлические проводниковые и полупроводниковые материалы, магнитные материалы 2.1 Классификация электротехнических материалов Электротехнические материалы представляют собой совокупность проводниковых, электроизоляционных, магнитных и ...
... для производства силовых приборов, где в качестве главного требования выступает высокая однородность распределения примесей в кристалле. Метод радиационного легирования также находит все большее применение и для легирования других полупроводниковых материалов. Так, им осуществляют легирование Ge галлием и мышьяком, InSb оловом, GaAs германием и селеном и т. д. 2. Легирование объемных ...
0 комментариев