Общие сведения и классификация полупроводниковых материалов

Большая группа материалов с электронной п и дырочной р про­водимостью, удельное сопротивление р которых при температуре 20 °С больше, чем у проводников, но меньше, чем у диэлектриков, относится к полупроводникам (табл. 8.1). С точки зрения зонной теории твердого тела, к полупроводникам относятся те материалы, ширина запрещенной зоны (33) которых имеет величину в пределах от 0,05 до 3 эВ.

Таблица 8.1 Удельное электрическое сопротивление электротехнических материалов различных классов при 20 °С и постоянном напряжении

Класс материала	Удельное элек­трическое сопро­тивление р, Ом-м	Ширина 33, эВ	Знак ТКр в широ­ком интервале тем­пературы	Тип электропро­водности
Проводники Полупроводники Диэлектрики	Ю^-8—Ю^-510"^6-10^+8 10^7-10^18	0,05-3 Более 3	Положительный Отрицательный »	Электронный Электронный и дырочный Ионный, электронный и электрофоре- тический

Электрофизические характеристики полупроводниковых мате­риалов зависят не только от их природы, но и от интенсивности внешнего энергетического воздействия, природы и концентрации легирующей примеси — примеси, которую специально вводят в по­лупроводниковый материал для создания определенного типа и ве­личины электропроводности. Полупроводниковый материал, ис­пользуемый для изготовления приборов, должен иметь очень высокую степень чистоты. Например, содержание случайных при­месей в кремнии Si не должно превышать МО"¹¹ %, германии Ge — 510"⁹%, селене Se — 810"³%, а для синтеза полупроводниковых соединений применяют Se с содержанием примесей не более 10~⁵—10~⁶ %. Высокая степень чистоты полупроводниковых материа­лов достигается путем применения специальных технологий.

Управляемость удельной электропроводностью полупроводниковых материалов посредством температуры, света, электрического поля, механического напряжения положена в основу принципа действия соот­ветствующих приборов: терморезисторов, фоторезисторов, нелинейных резисторов (варисторов), тензорезисторов и т.д.

Наличие двух или более взаимно связанных /ья-переходов обра­зуют управляемые системы — кристаллические транзисторы и тири­сторы. Полупроводниковые системы широко используют для преоб­разования различных видов энергии в электрическую и наоборот.

Изготовленные из полупроводниковых материалов приборы об­ладают рядом преимуществ: 1) большим сроком службы; 2) малыми габаритами и массой; 3) простотой и надежностью конструкции, большой механической прочностью (не боятся вибрации и ударов); 4) отсутствием цепей накала, что при замене ими электронных ламп приводит к снижению потребления мощности и инерционности.

Классификация полупроводников. Используемые в технике полу­проводниковые материалы подразделяются на три основные группы.

I. Простые полупроводники. Это девять химических элементов (табл. 8.2).

Таблица 8.2

Простые полупроводники

Элемент	Группа в таблице Менделеева	Ширина 33
эВ	х10~^19 Дж
Бор	В	III	1,10	1,76
Кремний	Si	IV	1,12	1,79
Германий	Ge	IV	0,72	1,15
Фосфор	Р	V	1,50	2,40
Мышьяк	As	V	1,20	1,92
Сера	S	VI	2,50	4,00
Селен	Se	VI	1,70	2,72
Теллур	Те	VI	0,36	0,56
Йод	J	VII	1,25	2,00

Примечание. Свойствами полупроводников обладают некоторые модифика­ции олова (серое) Sn, сурьмы Sb и углерода С.

II. Полупроводниковые химические соединения с общими форму­лами:

1) A^IVB^IV — карбид кремния SiC;

2) A^nlB^v — различные фосфиды, арсениды, антимониды, например арсенид галлия GaAs, фосфид галлия GaP, антимонид индия InSb;

3) А¹^ — различные сульфиды, селениды, теллуриды, напри­мер сульфид свинца PbS, селенид ртути HgSe, теллурид кадмия CdTe.

Буквы А и В — химические элементы, а показатель степени (II, III, IV, V, VI) — валентность этих элементов.

К этой группе полупроводников относятся также некоторые ок­сиды металлов, например закись меди Cu₂0, и соединения сложного химического состава (табл. 8.3), которые в отличие от других облада­ют самой высокой рабочей температурой.

Таблица 8.3 Полупроводниковые материалы сложного состава

Материал	Тип электропро­водности	Ширина 33, эВ	Максимальная рабочая темпера­тура, °С	Коэффициент те­плопроводности, Вт/(мК)
Bi0)4Sb16Te3	Р	0,19		1,0
Bi2Te2,7Se03	п	0,20		1,1
AgSbTe2	р	0,30		0,6
G^e0,3^0,7	п	1,10		3,8

III. Полупроводниковые комплексы — многофазные материалы с полупроводящей или проводящей фазами, например из карбида кремния, графита и т. п., сцепленных глинистой, стеклянной или другой связкой (тирит, вилит, лэтин, силит). Известны также полу­проводники органические (антрацен, полинафталин, полиацетилен и др.), стеклоообразные (халькогенидные стекла) и жидкие.

Дата добавления: 2015-08-09