Полупроводниковые химические соединения

Кремний. Кри­сталлический кремний имеет решетку типа алмаза. Каждый его атом соединен валентными связями с четырьмя соседними, распо­ложенными в вершинах тетраэдра.

Основными материалами для получения чистого кремния являются галогениды SiС1₄, SiНС1₃, SiI₄ и силан SiН₄. Чаще всего используют метод восстановления парами цинка тетрахлорида кремния при температуре порядка 1000 °С.

Для получения кремния p- типа проводят легирование ак­цепторными примесями — алюминием или бором.

Кремний n- типа получают легированием донорными примесями мышьяком, сурьмой, фосфором.

Достоинством кремния является большая ширина запрещенной зоны Е =1,12 эВ, что обеспечивают работу приборов при доста­точно высоких температурах — 120...200 °С. Недостатками явля­ются низкие значения подвижностей электронов и дырок и высокая стоимость. Кремний используют для изготовления мощных диодов, транзисторов, тиристоров, интегральных схем, солнечных батарей, тензопреобразователей и т.д.

Германий. Из исходного сырья получают тетрахлорид германия GeС1₄ и путем дальнейшей переработки — диоксид германия GeО₂, из которого восстановлением в водородной печи при темпе­ратуре 650...700 °С получают элементарный германий в виде серо­го порошка.

Германий является высокочастотным материалом и исполь­зуется в ВЧ и СВЧ транзисторах, а также в тензо-, магниточувствительных и холловских датчиках. Обладает хорошими оп­тическими свойствами и используется в фотодиодах, фототранзисторах. Из него изготавливают оптические линзы с большой све­тосилой для ИК-спектра, оптические фильтры, модуляторы света и т. д.

Недостатками является малый диапазон рабочих температур из-за малой ширины запрещенной зоны и высокая стоимость.

Число полупроводников на основе химических соединений ве­лико. Они могут обладать самыми разнообразными электрофи­зическими свойствами, в ряде случаев превосходящими свойства простых полупроводников.

Карбид кремния — соединение типа А^IVB^IV, получают в элек­трических печах путем восстановления диоксида кремния углеро­дом при температуре до 200 °С:

SiO₂ + ЗС — SiС + 2СО, (5.3)

Из монокристаллов изготавливают выпрямители на рабочие темпера­туры до 500 °С, световоды. Из порошка SiC изготавливают варисторы для автоматики и вычислительной техники.

Из оксидных соединений чаще всего используют закись меди Сu₂О для изготовления выпрямителей и фотоэлементов.

На основе полупроводниковых материалов изготавливаются различ­ные приборы, работа которых основана на использовании их основного свойства — зависимости электропроводности:

■ от температуры — термисторы;

■ от электрического поля — варисторы;

■ от электромагнитного излучения — фоторезисторы и т.д.;

■ от механических нагрузок — тензорезисторы.

Возможность создания в одном полупроводниковом материале двух областей (слоев) с разной электропроводностью позволяет по­лучать р-п переход, обладающий выпрямляющими свойствами. Это используется для маломощных и мощных выпрямителей. Система переходов позволяет изготавливать транзисторы и на их основе усилители и генераторы, а также интегральные схемы различного назначения.

Кроме того, полупроводниковые материалы можно использовать для пре­образования различных видов энергии. С этой целью изготавливают солнечные батареи, термоэлектрические генераторы, различные датчики. На основе полупроводниковых материалов изготавливают также на­греватели.

Благодаря использованию полупроводниковых материалов при­боры на их основе имеют:

■ большой срок службы;

■ малые габариты и вес;

■ простоту и надежность конструкции;

■ высокую механическую прочность;

■ малую потребляемую мощность;

■ малую инерционность.