Загальна характеристика напівпровідникових матеріалів (стр. 3 из 5)

Склоподібний селен одержують швидким охолодженням розплаву від температури вище крапки плавлення. Селен такої модифікації утвориться при виливанні розплаву на охолоджувану водою металеву пластину або в холодну воду. У цьому випадку одержують селен у вигляді пластинок або дрібних дробинок. Тонкі плівки склоподібного селену одержують конденсацією його пар у вакуумі.

Склоподібний селен знайшов широке застосування у фотографічному процесі ксерографії.

Аморфний селен буває різного фарбування, що обумовлюється різним ступенем дисперсності колоїдних часток, що випадають із розведеного розчину (селенідів) солей селен при додаванні відновлювачів. Так, при відновленні розчинів селенідів при температурах нижче 70° С утвориться аморфна модифікація селен червоних кольорів.

Моноклінний селен одержують обробкою тонко здрібненого селен сірковуглецем. Із що утвориться насиченого розчину темно-жовтогарячих кольорів повільним випаром одержують кристали селен . моноклінної структури.

Гексагональний селен – найбільш важлива модифікація цього матеріалу – застосовується для виготовлення напівпровідникових приладів. Це сама стійка форма, що одержала назву сірого селен, що має структуру у вигляді зиґзаґоподібних гвинтових ланцюгів.

1.4 Карбід кремнію

Карбід кремнію Si — сполука кремнію й вуглецю елементів IV групи. В природі цей матеріал зустрічається вкрай рідко в обмежених кількостях. Карбід кремнію існує у двох модифікаціях: кубічної й гексагональної. Гексагональна модифікація, що одержала назву α – SiС, утвориться при високих температурах і володіє поруч коштовних електрофізичних властивостей.

По типі хімічного зв’язку карбід кремнію ставиться до ковалентних кристалів. Залежно від сировини й технології одержання кристали карбіду кремнію мають найрізноманітніше фарбування: білу, жовту, сіру, зелену й чорну. Домішки можуть бути як чужорідними, тобто включеннями в кристалічну решітку карбіду кремнію чужорідних елементів, так і власними. Кристали карбіду кремнію мають незначні розміри.

Електропровідність кристалів карбіду кремнію визначається кількістю й типом домішки. Домішки елементів V групи (азоту, фосфору, миш’яку, сурми, вісмуту) дають карбіду кремнію зелене фарбування й електропровідність n-типу, а елементів II (кальцію, магнію) і III (бору, алюмінію, галію, індію) груп — чорне фарбування й електропровідність р-типа.

Карбід кремнію має високу хімічну стійкість: при нагріванні на повітрі він починає помітно окислятися при температурах вище 800° С; він стійкий до більшості кислот, за винятком суміші азотної й плавикової кислот, але бурхливо розчиняється в розплавлених лугах [3].

Карбід кремнію, використовуваний у напівпровідниковому виробництві для виготовлення світодіодів, являє собою поліровані із двох сторін монокристали гексагональної модифікації політипів 6Н и 15R. Монокристали карбіду кремнію легуються азотом і мають електронний тип провідності.

Карбід кремнію завдяки його високій твердості (по твердості він небагато уступає алмазу) використають для механічної, обробки різних матеріалів. Із суміші порошку карбіду кремнію, елементарного кремнію й вуглецю випалом в атмосфері азоту одержують сіліт, що застосовують для виготовлення високотемпературних нагрівачів.

На основі карбіду кремнію одержують різні матеріали. Наприклад, при випалі карбіду кремнію із глинистим зв’язуванням одержують нелінійний матеріал – тирит, а при випалі його з ультрапорцеляновим зв’язуванням – нелінійний матеріал – летін.

Окісними напівпровідниками прийнято називати бінарні сполуки полярного типу, у яких ясно розрізняються металевий і металоїдний. До цього класу напівпровідникових матеріалів ставляться такі речовини, як Сu₂О, ZnO, CdO, NiO, Fe₂0₃. На (рис. 7) і (рис. 8) показані структури закису міді й окиси цинку.

Рисунок 7 - Структура закису міді [1]: 1 – кисень; 2 – мідь

Перевага окісних напівпровідників полягає в тому, що технологія їхнього виготовлення порівняно проста. Ці матеріали використають у полікристалічній формі у вигляді зразків, які легко приготувати методами керамічної технології.

Рисунок 8 - Структура окису цинку[1]: а) розташування атомів; б) кристалічна решітка

Напівпровідниковими властивостями, володіють не всі окисли металів, а тільки, ті, у яких іон металу ставиться до елемента перехідного ряду періодичної таблиці, наприклад Zn, Си, Ni, Co, Fe, Mn, Сг, V, Ti.

Найбільше застосування серед окісних напівпровідників одержала закис міді СиО – матеріал жовтий або червоний кольори [4].

Окісні напівпровідники широко застосовують для виготовлення термо- і фоторезисторів.

1.6 Склоподібні напівпровідники

Склоподібні напівпровідники - новий клас напівпровідникових матеріалів, які характеризуються розорієнтованістю структури й ненасичених хімічних зв'язків.

Склоподібність - це особливий вид аморфної речовини. Така речовина має механічні властивості, подібними з механічними властивостями кристалічного твердого тіла, і може після розплавлювання вертатися при деякому заданому режимі охолодження у вихідний стан. Для склоподібного напівпровідникового матеріалу характерним є наявність просторової решітки, у якій крім ковалентно зв'язаних атомів є полярні угруповання іонів. У таких матеріалах зв'язок між групами атомів і іонів здійснюється за рахунок короткодійсних ковалентних ван-дер-ваальсових сил. Цим пояснюється підвищена енергія активації зсуву часток у склоподібним матеріалі.

Одним з важливих відмінностей склоподібних напівпровідникових матеріалів від кристалічних є відсутність у них примісної провідності, тобто домішки в склоподібних напівпровідникових матеріалах не можуть бути ні донорами, ні акцепторами.

Склоподібні напівпровідникові матеріали поки мало вивчені й не мають широкого промислового застосування. Як приклад розглянемо декілька склоподібних напівпровідникових матеріалів.

Матеріал типу Ga_хAsSe_у — склоподібний напівпровідник, властивості якого визначаються кількісною сполукою вхідних у нього елементів. Властивості арсенідо - селенідних стекол змінюються при введенні в них галію до 3 ат. %. При введенні галію в більших кількостях зменшується швидкість розчинення й електропровідність напівпровідникового матеріалу [5].

Матеріал типу Tl_хAsS_у— склоподібний напівпровідник, що може містити в собі до 30 ат. % талія. Термічна стійкість і мікротвердість матеріалу помітно зменшуються в міру збільшення кількості вмісту в його сполуку талія.

Матеріал типу AsSe_хTe_у — склоподібний напівпровідник, що містить у собі до 40 ат.% телуру. При збільшенні змісту телуру відбувається зниження температури розм'якшення матеріалу з 400 до 100° С.

Матеріал типу AsSe_хI_у— склоподібний напівпровідник, що включає, у себе до 15 ат. % йода. Температура розм'якшення матеріалу залежно від його сполуки може змінюватися від 20 до 160° С. Найбільш стійка сполука As₂Se₃—Asl₃.

1.7 Органічні напівпровідники

Органічні напівпровідникові матеріали відрізняються від інших напівпровідників як по властивостях, так і методам одержання .і можливим областям застосування. До найбільш вивчених органічних напівпровідникових матеріалів ставляться антрацен, нафталін, фталоціанін, пірин, тефеніл і ін., ширина забороненої зони яких коливається від 0,6 до 3,7 еВ, а питомий опір — від 10^б до 10¹⁵ Ом-см.

Напівпровідникові властивості в органічних сполук (антрацену) були відкриті в 1906 р. Спочатку була виявлена фотопровідність барвників. Далі було знайдено, що провідність інших органічних сполук (фталоціанінові) змінюється з підвищенням температури, як і в неорганічних напівпровідників. У цей час антрацен знаходить широке застосування як напівпровідниковий матеріал як кристалічні лічильники в ядерній фізиці.

Поряд із зазначеними органічними напівпровідниковими матеріалами відоме широке коло хімічних сполук, у яких електропровідність здійснюється електронами або дірками. Питомий опір цих сполук лежить у межах від 10 до 10¹⁶ Ом-см, тобто в інтервалі електропровідності звичайних елементарних напівпровідників і ізоляторів. З ростом температури Їхня електропровідність також зростає; у деяких з них проявляється ефект Холу й фотоефект [6].

Разом з тим органічні напівпровідники багато в чому відрізняються від звичайних напівпровідників (германія, кремнію). Так, рухливість носіїв заряду в. їх на кілька порядків нижче, ніж у германія. Добре вираженої примісної провідності при низьких температурах у багатьох органічних напівпровідників не виявляється. Органічні напівпровідники становлять значний інтерес, тому що напівпровідникові властивості в них сполучаються з еластичністю, здатністю до утворення плівок і волокон, міцністю й ін.

Для твердих органічних напівпровідникових матеріалів характерна наявність у їхній структурі ароматичних кілець зі сполученими зв'язками. Типовим представником матеріалів з такою будовою є антрацен, що містить три бензольних кільця. Процес Провідності органічних напівпровідників визначається рухом носіїв зарядів усередині молекули речовини і їхніх переходів від молекули до молекули.

Домішки в органічних напівпровідниках у порівнянні з елементарними напівпровідниками відіграють другорядну роль. При введенні в органічних напівпровідників у якості домішки кисню може відбуватися як збільшення, так і зменшення електропровідності вихідного матеріалу, що обумовлено особливостями будови його молекул. Крім того, органічні напівпровідники мають внутрішній і зовнішній фотоефект. Фотопровідність органічних напівпровідників зростає зі збільшенням освітленості й температури й має певну спектральну характеристику.