Фазовая диаграмма системы кремний-германий. Кремний и германий являются химическими аналогами. Оба этих элемента кристаллизуются в алмазоподобную структуру.
Тип химической связи у них схож, как и размерный фактор постоянная решетки Si равна 5,44 A, Ge 5,66 A. Столь высокое сходство этих элементов позволяет им образовывать непрерывный ряд тврдых растворов по принципу изовалентного замещения, свойства которых непрерывно меняются. Энтальпия смешения для системы Ge-Si положительна и составляет приблизительно 2,2 ккалмоль. Это означает, что для пары германий-кремний корректно приближение регулярных растворов.
Хотя прецизионные исследования и показывают тенденцию к расслоению при низких температурах, но явного распада не обнаружено. Видимо, это связано с небольшой энтальпией смешения и малой диффузионной подвижностью атомов при низкой температуре. Постоянная решетки сплавов германий-кремний от состава по данным рентгеноструктурного анализа меняется практически линейно закон Вегарда, обнаруживая слабое отрицательное отклонение. Кривая проходит ниже линейной зависимости.
Это свидетельствует о том, что раствор германий-кремний близок к идеальному раствору, и превалирующим факторам в изменении параметра решетки является размерный фактор. Подобные данные, равно как и характер зависимости прочности от состава, плотности от состава и т.п. делают возможным довольно точное предсказание характеристик сплавов германия и кремния в зависимости от содержания в них составляющих сплав элементов. Параметры рештки и ширина запрещнной зоны сплавов SiGe Для изучения зависимости постоянной рештки, плотности и ширины запрещнной зоны авторами 1 была приготовлена серия германиево-кремниевых сплавов путм гомогенизации при высокой температуре.
Проверка сплавов на гомогенность осуществлялась рентгенографическим методом, а химический состав определялся путм анализа на германий полярографическим методом, дающим, если кремний является единственной примесью, точность не хуже 1. Ширина запрещенной зоны определялась оптическим методом на образцах, имеющих одинаковую толщину, равную 0,50 мм. Ширина запрещенной зоны была принята равной энергии, соответствующей величине поглощения, которой обладает германий при принятой ширине запрещенной зоны 0,72 ЭВ. В этой точке коэффициент абсорбции был равен 22,7 см-1. Все абсорбционные кривые имели наклон, подобный наклону кривой для чистого германия.
Хотя наклон этих кривых, полученных для поликристаллических образцов, несколько отличается от кривых для монокристаллических образцов, было получено достаточное количество данных на поликристаллических образцах, показывающих, что общий вид кривой, приведенной на рис.2 заметно не изменился бы, если все эти данные были бы получены на монокристаллических образцах.
Составы сплавов и их параметры приведены в табл.1. Табл.1 Составы сплавов и их параметры. Обозначение сплава Плотность Постоянная рештки Мол кремнияШирина запрещнной зоны, ЭВGS-232,805,46185,81,15OS-252,725,45487 ,41,16GS-263,035,47375,71,13GS-293,625,5 1857,51,08GS-303,955,54944,31,05GS-314,8 65,62015,00,94GS-344,895,61313,50,93GS-3 74,705,59322,90,94D-28 7,20,83D-31 4,30,78D-39 6,00,81D-40-G 5,62612,60,91D-40-S 4,20,78D-40-T 7,40,82D-41 8,20,84200-S 0,70,73Ge5,3235,657 0,72Si2,3285,434 1,20 В дальнейшем эти измерения были неоднократно проверены и подтверждены другими авторами, причм для сплавов, полученных самыми различными методами выращивание из расплавов методом Чохральского, бестигельной зонной плавкой и др