Полупроводникови материали

Полупроводници съставляват огромно поле на материалите, които се различават една от друга с огромно разнообразие от електронни и физически параметри са и огромно разнообразие от химически състав, който определя различни дестинации в техническата тяхното използване.

В химически характер съвременните полупроводникови материали могат да бъдат разделени на следните четири основни групи:

1. Кристални полупроводникови материали, изградени от атоми или молекули на първия елемент. Такива материали се използват широко в наши дни, германий, силиций, селен, бор, силициев карбид и др.

2. Оксидни кристални полупроводникови материали, т.е. материали от метални оксиди. Главен сред тях :. меден оксид, цинков оксид, кадмиев оксид, титанов диоксид, никелов оксид, и т.н. В тази група включва материали, направени на базата на бариев титанат, стронций, цинк и други неорганични съединения с различни добавки малки.

3. Кристални полупроводникови материали на базата на съединения на атомите на третата и петата групи от системата на части на Менделеев. Примери за такива материали са индий, галий и алуминиеви антимониди, т.е. антимонови съединения с индий, галий и алуминий. Те са наречени интерметални съединения.

4. Кристални полупроводникови материали на базата на сяра, селен и телурови съединения, от една страна, и мед, кадмий и олово, от друга. Такива съединения са наречени съответно: сулфиди, селениди и телуриди.

Всички полупроводникови материали, както вече беше споменато, могат да бъдат разпределени по кристалната структура на две групи. Някои материали се произвеждат в големи единични кристали (единични кристали) на който се нарязва на специфични кристални фронтове плочи с различни размери, за да се използва в токоизправители, усилватели, фотоклетки.

Такива материали съставляват група от едностранни полупроводници. Най-често срещаните монокристални материали са германий и силиций. Методи за получаване на единични кристали и силициев карбид, единични кристали от интерметални съединения са разработени.

Други полупроводникови материали са смес от огромен брой малки кристали, хаотично заварени заедно. Такива материали се наричат ​​поликристални. Представители на поликристални полупроводникови материали са селен и силициев карбид, както и материали, произведени от различни оксиди по методите на глинената технология.

Ние считаме широко използваните полупроводникови материали.

Германиум е елемент от четвъртата група на повтарящата се система от части на Менделеев. Германиум има ярък сребърен цвят. Точката на топене на германий е 937.2 ° C. Тя често се среща в природата, но в много малки количества. Наличието на германий се открива в цинкови руди и в пепели от различни въглища. Основният източник на производство на германий е пепел от въглища и отпадъци от металургични заводи.

Фиг. 1. Германий

Получен в резултат на редица химични операции, германиевият блок все още не представлява вещество, което се прилага за производството на полупроводникови изделия от него. Той съдържа неразтворими примеси, все още не е един кристал и не съдържа допинг примес, който определя необходимата форма на електрическа проводимост.

За да се почисти слитъка от неразтворими примеси, методът на топене на зоната е широко използван. По този начин само онези примеси, които се разтварят по различен начин в даден твърд полупроводник и в неговата стопилка, могат да бъдат отстранени.

Германиумът има голяма твърдост, но е много крехък и се разцепва на малки парчета, когато е ударен. Но с помощта на диамантен трион или други устройства той може да бъде нарязан на тънки пластини. Руски промишленост се произвежда с германий легирани стойности електрическа проводимост с различно съпротивление от 0.003 до 45 ома х см и германий легиран с р-тип проводимост с съпротивление от 0.4 до 5.5 ома х cm или по-високи. Специфичното съпротивление на чист германий при стайна температура е p = 60 ohm х cm.

Германий като полупроводников материал е широко използван не само за диоди и транзистори, са произведени от тях massivnyevypryamiteli големи токове, различни сензори се използват за измерване на напрегнатост на магнитното поле, указатели температурна устойчивост на ниски температури и други.

Силицийът е широко разпространен в природата. Тя, подобно на германия, е елемент от четвъртата група от части на Менделеев и има същата кристална (кубична) структура. Полиран силиций придобива желязото лъчение от стомана.

Фиг. 2. Силикон

Подобно на германия, силицийът е крехък. Точката на топене е значително по-висока от тази на германия: 1423 ° C. Специфичното съпротивление на чистия силикон при стайна температура е ρ = 3 × 105 ohm-cm.

Тъй като температурата на топене силициев значително по-висока от тази на германий, графит тигел заместител кварц, тъй графит при най-високата температура може да реагира с силиций за производство на силициев карбид. В допълнение, замърсителите могат да попаднат в разтопения силиций от графит.

Индустрия издаден легирани силициев полупроводников с електрическа проводимост (на различни марки) със съпротивление от 0.01 до 35 ома х см, и р-тип проводимост на и различни степени с съпротивление от 0.05 до 35 ома х cm.

Силиций, подобно на германий, се използва широко за производството на многобройни полупроводникови устройства. В силициевия токоизправител се постигат по-високи циркулационни напрежения и работни температури (130 - 180 ° C), отколкото в германиеви токоизправители (80 ° C). От силиций се произвеждат точкови и равнинни диоди и триоди, фотоклетки и други полупроводникови устройства.

На фиг. Фигура 3 показва зависимостта на стойностите на съпротивлението на германий и силиций от двата типа върху концентрацията на примеси от примеси в тях.

Фиг. 3. Въздействие на концентрацията на примеси върху съпротивлението на германий и силиций при стайна температура: 1 - силиций, 2 - германий

Кривите на фигурата показват, че добавките имат огромно влияние върху стойността на съпротивление: германиеви тя се променя големината на гр собствено съпротивление от 60 ома х см до 10-4 ома х см, т.е. 5 х 105 пъти, и тази на силиций .. от 3 х 103 до 10-4 ом х см, т.е. в 3 х 109 пъти.

Поликристалният материал, силициевият карбид, е използван като материал за получаване на нелинейни съпротивления в частност.

Фиг. 4. Силициев карбид

Силициевият карбид се използва за производство на затварящи устройства за захранващи линии - устройства, които предпазват електропровода от свръхнапрежения. В дисковете им от нелинеен полупроводник (силициев карбид), ток се предава на земята под действието на вълните на вълната, възникващи в лентите. В резултат на това нормалната работа на лентата се възстановява. При същото работно напрежение, съпротивлението на тези дискове се увеличава и токът на улавяне от лентата към земята спира.

Силициевият карбид се произвежда изкуствено - чрез метода на топлинна обработка на консистенцията на кварцов пясък с въглища при висока температура (2000 ° C).

В зависимост от въведените допинг примеси, се образуват два основни вида силициев карбид: зеленикави и тъмни. Те се различават един от друг по отношение на вида на електрическата проводимост и по-конкретно: зеленикавият силициев карбид изважда от електрическата проводимост тип п и п-типа на тъмната проводимост.

За предпазители на клапани от силициев карбид се произвеждат дискове с диаметър от 55 до 150 mm и височина от 20 до 60 mm. Във вентилационния предпазител, дискове от силициев карбид са свързани последователно заедно и с искрови пролуки. Системата, състояща се от дискове и искри, е компресирана от спирална пружина. С помощта на болт, предпазителят е свързан към електропроводната мрежа, а от друга страна задържащото устройство е свързано към земята чрез жицата. Всички детайли на ареста са поставени в порцеланово тяло.

При нормално напрежение в честотната лента, токът от лентата не преминава през клапана. При прекалено високи напрежения (свръхнапрежение), създадени от атмосферното електричество или от вътрешно свръхнапрежение, пробките се пробиват и дисковете на клапаните ще бъдат под най-високо напрежение.

Тяхното съпротивление ще падне драматично, което ще гарантира изтичането на ток от лентата към земята. Преминавайки от голям ток ще намали напрежението до нормално състояние и в дисковете на вентила съпротивлението ще се увеличи. Вентилът ще бъде заключен, т.е. работният ток на лентата няма да бъде предаден на тях.

Силициевият карбид все още се използва в полупроводниковите токоизправители, работещи при огромни работни температури (до 500 ° C).

Училище за електротехник