Простые полупроводники
Германий. Один из наиболее хорошо изученных полупроводников. Упрощенная технологическая схема производства германия показана в таблице 5
Метод бестигельной зонной плавки позволяет получать кристаллы кремния до 100 мм. Схема этого метода показана на рисунке. Кремниевые приборы благодаря большей, чем у германия ширине запрещенной зоны, могут работать при более высоких температурах, чем германиевые. Верхний предел рабочей температуры достигает у кремниевых приборов 180-200оС. Кремний является пока единственным материалом для изготовления БИС и микропроцессоров. Кремний удается наращивать на монокристаллы или на инородные подложки при толщине слоя 5-10 мкм. Этот процесс производится при температуре, меньшей температуры плавления и называется эпитаксией, при наращивании на инородных подложках, нпример, на сапфире - гетероэпитаксией. Такие структуры используются как основа ИС наиболее быстродействующих, энергоемких и радиационно стойких.
Селен - элемент группы таблицы Менделеева, обладающий рядом интересных электрических свойств. Применяется для изготовления выпрямителей переменного тока, фотоэлементов, а также в технологии красок, пластмасс, керамики, как легирующая добавка при производстве стали, в электрофотографии.
Упрощенная технологическая схема производства германия
Таблица 5
| германийсодержащая руда | 
| концентрированная HCl |
| ||
| тетрахлорид германия |
| глубокая очистка (экстракция и ректификация) |
|
| ||
| очищенный GeCl4 |
| гидролиз водой |
|
| ||
| дихлорид германия GeO2 |
| просушка |
|
| ||
| GeO2 |
| восстановление в токе Н2 при 650оС |
|
| ||
| Ge |
| металлическое травление в смеси кислот |
|
| ||
| сплавление в слитки |
| очистка зонной плавкой |
|
| ||
| выращивание монокристаллов по Чохральскому |
Теллур - элемент группы Менделееева с шириной запрещенной зоны 0.35 эВ. Применяется в виде сплавов с сурьмой и свинцом для изготовления термоэлектрических генераторов. Некоторые характеристики германия, кремния, селена приведены в таблице 8.
Кремний полупроводниковой чистоты получается по следующей примерной технологической схеме (табл. 6.):
Технологическая схема получения кремния
Таблица 7.
| превращение технического кремния в легколетучее |
|
| очистка соединения физическими и химическими методами |
|
|
| восстановление соединения |
|
|
| выделение чистого кремния |
|
|
| очистка кремния бестигельной зонной плавкой |
|
|
| выращивание монокристаллов |
Характеристики полупроводниковых материалов
Таблица 8
| Свойства | Германий | Кремний | Селен |
| Атомный номер | |||
| Температура плавления, оС | |||
| Собственное удельное сопротивление при 20оС,Ом . м | 0.47 | 2 . 103 | - |
| Собственная концентрация носителей, м-3 | 2 . 1019 | 2 . 1016 | - |
| Ширина запрещенной зоны, эВ при О К при 300 К | 0.74 0.65 | 1.165 1.12 | 2.5 2.0 |
| Подвижность электронов, м2/(В . с) | 0.39 | 0.14 | - |
| Подвижность дырок, м2/(В . с) | 0.19 | 0.05 | 0.2 . 102 |