Halvledermaterialer

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 16. juli 2018; checks kræver 11 redigeringer .

Halvledermaterialer  er stoffer med klart definerede halvlederegenskaber . Den specifikke elektriske ledningsevne σ ved 300 K er 10 −4 - 10 10 Ω −1 cm −1 og stiger med stigende temperatur. Halvledermaterialer er kendetegnet ved en høj følsomhed af elektrofysiske egenskaber over for ydre påvirkninger (opvarmning, bestråling, deformation osv.), såvel som for indholdet af strukturelle defekter og urenheder.

Struktur

Halvledermaterialer er opdelt efter struktur i krystallinsk , fast, amorf og flydende .

Krystallinske halvledermaterialer

Den største praktiske anvendelse findes af uorganiske krystallinske halvledermaterialer, som er opdelt i følgende hovedgrupper efter deres kemiske sammensætning.

Ikke-krystallinske halvledermaterialer

Typiske repræsentanter for denne gruppe er glasagtige halvledermaterialer - chalcogenid og oxid . Førstnævnte omfatter legeringer Tl , P , As , Sb , Bi med S, Se, Te, karakteriseret ved en bred vifte af elektriske ledningsevneværdier, lave blødgøringstemperaturer, modstandsdygtighed over for syrer og baser . Typiske repræsentanter : As2Se3 - As2Te3 , Tl2Se - As2Se3 . _ _ _ _ Oxide glasagtige halvledermaterialer har en sammensætning af typen V 2 O 5 -P 2 O 5 -RO x (R-metal I–IV gruppe) og er karakteriseret ved en specifik elektrisk ledningsevne på 10–4–10–5 Ω – 1 cm – 1 . Alle glasagtige halvledermaterialer har elektronisk ledningsevne, viser fotokonduktivitet og termoelektrisk effekt . Når de afkøles langsomt, bliver de normalt til krystallinske halvledermaterialer. En anden vigtig klasse af ikke-krystallinske halvledermaterialer er faste smelter af en række amorfe halvledere med brint , de såkaldte hydrogenerede ikke-krystallinske halvledermaterialer: a-Si: H, a-Si 1-x C x : H, a -Si 1-x Ge x : H, a-Si 1-x N x : H, a-Si 1-x Sn x :H. Hydrogen har en høj opløselighed i disse halvledermaterialer og indeholder et betydeligt antal "dinglende" bindinger, der er karakteristiske for amorfe halvledere. Som et resultat falder tætheden af ​​energitilstande i båndgabet kraftigt , og det bliver muligt at skabe pn-forbindelser . Halvledermaterialer er også ferritter , ferroelektriske og piezoelektriske stoffer .

Grundlæggende elektriske egenskaber

De vigtigste elektrofysiske egenskaber af de vigtigste halvledermaterialer ( båndgab , strømbærers mobilitet , smeltetemperatur osv.) er præsenteret i tabel. 1. Båndgabet DE g er en af ​​de grundlæggende parametre for halvledermaterialer. Jo større DEg , desto højere er den tilladte driftstemperatur og jo mere forskudt til kortbølgelængdeområdet af spektret er driftsområdet for enheder, der er skabt på basis af de tilsvarende halvledermaterialer. For eksempel overstiger den maksimale driftstemperatur for germaniumenheder ikke 50-60°C, for siliciumenheder stiger den til 150-170°C, og for enheder baseret på GaAs når den 250-300°C; langbølgelængdegrænsen for iboende fotokonduktivitet er: for InSb - 5,4 μm (77 K), InAs - 3,2 μm (195 K), Ge - 1,8 μm (300 K), Si - 1 μm (300 K), GaAs - 0,92 µm (300 K). Værdien af ​​DE g korrelerer godt med smeltetemperaturen. Begge disse værdier stiger med en stigning i atomernes bindingsenergi i krystalgitteret; derfor er halvledermaterialer med brede mellemrum karakteriseret ved høje smeltetemperaturer, hvilket skaber store vanskeligheder i vejen for at skabe rene og strukturelt perfekte enkeltkrystaller af sådanne halvledermaterialer. Mobiliteten af ​​strømbærere bestemmer i høj grad frekvensegenskaberne for halvlederenheder. For at skabe enheder i mikrobølgeområdet kræves halvledermaterialer med høje værdier på m. Et lignende krav gælder for halvledermaterialer, der anvendes til fremstilling af fotodetektorer. Smeltetemperaturen og gitterperioden såvel som den lineære termiske udvidelseskoefficient spiller en afgørende rolle i udformningen af ​​heteroepitaksiale sammensætninger. For at skabe perfekte heterostrukturer er det ønskeligt at bruge halvledermaterialer, der har den samme type krystalgitter og minimale forskelle i dets periode og termiske udvidelseskoefficienter. Tætheden af ​​halvledermaterialer bestemmer så vigtige tekniske egenskaber som det specifikke forbrug af materialet, enhedens masse.

Tabel 1. Hovedegenskaber for de vigtigste halvledermaterialer.

Element, forbindelsestype Materialenavn Bandgab, ev Mobilitet på ladebæreren, 300 K, cm 2 /(v×sek.) Krystal struktur Gitterkonstant, A Smeltepunkt, °С Damptryk ved smeltetemperatur, atm
ved 300K ved 0 K elektroner huller
Element C (diamant) 5,47 5,51 2800 2100 diamant 3,56679 4027 10-9 _
Ge 0,661 0,89 3900 1900 diamant type 5,65748 937
Si 1.12 1.16 1500 600 diamant type 5,43086 1420 10-6 _
a-Sn ~0,08 diamant type 6,4892
IV-IV a-SiC 3 3.1 400 halvtreds sphalerit type 4.358 3100
III-V AISb 1,63 1,75 200 420 sphalerit type 6,1355 1050 <0,02
BP 6 sphalerit type 4.538 >1300 >24
GaN 3,39 440 200 wurtzite type 3.186 (a-akse) 5.176 (c-akse) >1700 >200
GaSb 0,726 0,80 2500 680 sphalerit type 6,0955 706 <4⋅10 −4
GaAs 1,424 1,52 8500 400 sphalerit type 5,6534 1239 en
GaP 2,27 2,40 110 75 sphalerit type 5,4505 1467 35
InSb 0,17 0,26 78.000 750 sphalerit type 6,4788 525 <4⋅10 −5
InAs 0,354 0,46 33000 460 sphalerit type 6,0585 943 0,33
InP 1,34 1,34 4600 150 sphalerit type 5,8688 1060 25
II-VI CDS 2,42 2,56 300 halvtreds wurtzite type 4,16 (a-akse) 6,756 (c-akse) 1750
CdSe 1.7 1,85 800 sphalerit type 6.05 1258
ZnO 3,36 200 kubik 4,58 1975
ZnS 3.6 3.7 165 wurtzite type 3,82 (a-akse) 6,26 (c-akse) 1700
IV-VI PbS 0,41 0,34 600 700 kubik 5,935 1103
PbTe 0,32 0,24 1700 840 kubik 6.460 917

Henter

En nødvendig betingelse for at opnå høje elektrofysiske egenskaber af halvledermaterialer er deres dybe rensning fra fremmede urenheder . I tilfælde af Ge og Si løses dette problem ved at syntetisere deres flygtige forbindelser ( chlorider , hydrider ) og efterfølgende dyb oprensning af disse forbindelser ved hjælp af rektifikation , sorption , delvis hydrolyse og specielle varmebehandlinger. Klorider med høj renhed udsættes derefter for højtemperaturreduktion med brint, som har gennemgået en foreløbig dyb rensning, med aflejring af reducerede produkter på silicium- eller germaniumstænger. Ge og Si isoleres fra oprensede hydrider ved termisk nedbrydning. Som et resultat opnås Ge og Si med et samlet indhold af resterende elektrisk aktive urenheder på niveauet 10–7–10–9 % . At opnå især rene halvlederforbindelser udføres ved syntese fra grundstoffer, der har gennemgået dyb rensning. Det samlede indhold af resterende urenheder i udgangsmaterialerne overstiger normalt ikke 10–4–10–5 % . Syntesen af ​​nedbrydningsforbindelser udføres enten i forseglede kvartsampuller ved et kontrolleret damptryk af den flygtige komponent i arbejdsvolumenet eller under et lag af flydende flusmiddel (f.eks. højrent dehydreret B 2 O 3 ). Syntesen af ​​forbindelser med et højt damptryk af den flygtige komponent over smelten udføres i højtrykskamre. Ofte kombineres synteseprocessen med efterfølgende yderligere oprensning af forbindelser ved retningsbestemt eller zonekrystallisation af smelten.

Den mest almindelige måde at opnå enkeltkrystaller af halvledermaterialer på er ved at trække fra smelten efter Czochralski-metoden ( Growing single crystals ). Denne metode producerer enkeltkrystaller af Ge, Si, forbindelser af typen A III B V , A II B VI , A IV B VI osv. Tegningen af ​​enkeltkrystaller af ikke-nedbrydende halvledermaterialer udføres i en atmosfære af H 2 , inaktive gasser eller under højvakuumforhold . Ved dyrkning af enkeltkrystaller af nedbrydningsforbindelser ( InAs , GaAs , InP , GaP , CdTe , PbTe , etc.), forsegles smelten med et lag flydende flusmiddel (B 2 O 3 ), og enkeltkrystaller trækkes ud og nedsænker frøet. ind i smelten gennem fluxen og opretholder et vist inert gastryk. Tegningsprocessen udføres ofte i højtrykskamre, der kombinerer processen med at dyrke enkeltkrystaller med den foreløbige syntese af forbindelser under et fluxlag (GaAs, InP, GaP, etc.).

For at dyrke enkeltkrystaller af halvledermaterialer anvendes metoderne til retningsbestemt og zonekrystallisation af en smelte i en beholder også i vid udstrækning. I tilfælde af nedbrydningsforbindelser, for at opnå enkeltkrystaller med den nødvendige støkiometriske sammensætning, udføres processen i forseglede kvartsampuller, idet der opretholdes et ligevægtsdamptryk af den flygtige komponent over smelten; dette kræver ofte højtrykskamre, hvori et inert gasmodtryk opretholdes. Ved opnåelse af enkeltkrystaller med den krævede krystallografiske orientering anvendes passende orienterede enkeltkrystalfrø.

For at dyrke enkeltkrystaller af halvledermaterialer med en passende kombination af densitet og overfladespænding af smelten, anvendes den digelløse zonesmeltemetode . Denne metode er mest udbredt i teknologien til at opnå enkeltkrystaller af Si, som har en relativt lav densitet og en ret høj overfladespænding af smelten. Fraværet af kontakt mellem smelten og beholderens vægge gør det muligt at opnå de reneste enkeltkrystaller ved denne metode. Normalt kombineres processen med at dyrke en enkelt krystal med foreløbig yderligere oprensning af halvledermaterialer ved zonesmeltning.

For at opnå enkeltkrystaller af en række ildfaste nedbrydende halvlederforbindelser (f.eks. CdS , ZnS , SiC , AlN , etc.), anvendes krystallisation fra gasfasen (metoder til sublimering og kemiske transportreaktioner). Hvis det under væksten af ​​enkeltkrystaller ikke er muligt at opnå en forbindelse med den nødvendige støkiometriske sammensætning, skæres krystallerne i plader, som udsættes for yderligere udglødning i dampene af den manglende komponent. Oftest bruges denne teknik i teknologien til opnåelse af enkeltkrystaller af snævre gab-forbindelser af typen A II B VI og A IV B VI , hvor iboende punktdefekter stærkt påvirker koncentrationen og mobiliteten af ​​strømbærere, det vil sige de udviser høj elektrisk aktivitet ( PbTe , Pb x Sn1 -x Te, Cd x Hg 1-x Te, etc.). I dette tilfælde er det muligt at reducere koncentrationen af ​​ladningsbærere i krystaller med flere størrelsesordener. For at dyrke profilerede enkeltkrystaller, skal halvledermaterialer (bånd, stænger, rør osv.) bruge Stepanov-metoden.

Det er udbredt at opnå halvledermaterialer i form af enkeltkrystalfilm på forskellige typer enkeltkrystalsubstrater. Sådanne film kaldes epitaksial, og processerne for deres produktion kaldes epitaksial vækst. Hvis en epitaksial film dyrkes på et substrat af det samme stof, så kaldes de resulterende strukturer homoepitaxial; når de vokser på et substrat af et andet materiale - heteroepitaxial. Muligheden for at opnå tynde og ultratynde enkeltlags- og flerlagsstrukturer af forskellige geometrier med stor variation i sammensætning og elektriske egenskaber over tykkelsen og overfladen af ​​det lag, der dyrkes, med skarpe grænser for p-n-kryds og hetero-forbindelser, bestemmer den udbredte anvendelse af epitaksielle vækstmetoder i mikroelektronik og integreret optik , i praksis med at skabe store og højhastigheds integrerede kredsløb og optoelektroniske enheder (se planar teknologi ).

For at opnå epitaksiale strukturer af halvledermaterialer anvendes metoder til væske-, gasfase- og molekylærstråleepitaxi . Væskeepitaksi bruges til at opnå homo- og heteroepitaksiale strukturer baseret på forbindelser af typen A III B V , A II B VI , A IV B VI og deres faste smelter. Opløsningsmidlet er sædvanligvis en smelte af den ikke-flygtige bestanddel af den tilsvarende forbindelse. Væksten af ​​det epitaksiale lag udføres enten i tilstanden programmeret temperaturreduktion eller fra en forafkølet smelte. Denne metode kan bruges til reproducerbart at opnå flerlagsstrukturer med tykkelser af individuelle lag op til ~ 0,1 μm med tykkelser af overgangslag ved heterogrænseflader i størrelsesordenen snesevis af nm.

Legering

For at opnå halvledermaterialer af den elektroniske konduktivitetstype (n-type) med en vidt varierende koncentration af ladningsbærere (elektroner), anvendes sædvanligvis donorurenheder, der danner "overfladiske" energiniveauer i båndgabet nær bunden af ​​ledningsbåndet (ioniseringsenergi ≤ 0,05 eV) . For halvledermaterialer af p-type løses et lignende problem ved at indføre acceptorurenheder, der danner "overfladiske" energiniveauer i båndgabet nær toppen af ​​valensbåndet. Sådanne urenheder ved stuetemperatur er næsten fuldstændigt ioniserede, så deres koncentration er omtrent lig med koncentrationen af ​​ladningsbærere, hvilket er relateret til mobiliteten af ​​bærere af relationerne: s n \u003d em n n for n-type halvledermaterialer og s p \u003d em p p for p- halvledermaterialer type (s n og s p  er ledningsevnen; m n og m p  er henholdsvis elektron- og hulmobiliteter). For Ge og Si er de vigtigste donordopanter elementer V gr. periodisk system: P, As, Sb og acceptor - elementer af III-gruppe: B, Al, Ga. For tilslutninger af type A III B V  - hhv. urenhedselementer VI gr. (S, Se, Te), samt Sn, og elementer af II gr. (Be, Mg, Zn, Cd). Elementer IV gr. (Si, Ge) afhængig af betingelserne for opnåelse af krystaller og epitaksiale lag Comm. type A III B V kan udvise både donor- og acceptoregenskaber. I forbindelsen. type A II B VI og A IV B VI er adfærden af ​​de indførte urenheder meget kompliceret af tilstedeværelsen af ​​deres egne. punkt strukturelle defekter. Den nødvendige type og værdi af ledningsevne i dem opnås normalt ved præcis kontrol af sammensætningens afvigelse fra den støkiometriske, hvilket giver en given koncentration af en bestemt type iboende punktstrukturdefekter i krystaller.

Doteringsmidlerne anført ovenfor danner som regel faste substitutionsopløsninger og har en ret høj opløselighed (10 18 −10 20 atomer / cm³) i et bredt temperaturområde. Deres opløselighed er retrograd, hvor den maksimale opløselighed forekommer i temperaturområdet 700-900°C i Ge, 1200-1350°C i Si og 1100-1200°C i GaAs. Disse urenheder er ineffektive bærerekombinationscentre og påvirker deres levetid relativt svagt.

Urenheder af tung- og ædelmetaller (Fe, Ni, Cr, W, Cu, Ag, Au osv.) i de fleste halvledermaterialer danner dybe, ofte multipliceret ladede donor- eller acceptorniveauer i båndgabet, har store ladningsbærerfangstværsnit og er effektive centre rekombination af bærere, hvilket fører til et betydeligt fald i deres levetid. Disse urenheder har en lav og normalt udtalt retrograd opløselighed i halvledermaterialer og har meget lave værdier af fordelingskoefficienten mellem krystallen og smelten. Doping med dem udføres i de tilfælde, hvor det er nødvendigt at opnå halvledermaterialer med en kort bærelevetid eller med høj elektrisk resistivitet, opnået ved at kompensere for små energiniveauer af den modsatte karakter. Sidstnævnte bruges ofte til at opnå halvisolerende krystaller af halvledermaterialer med brede mellemrum af typen A III B V (GaAs, GaP, InP); dopingmidler er Cr, Fe, Ni. Hovedegenskaberne for de mest almindelige urenheder i de vigtigste halvledermaterialer er præsenteret i tabel. 2.

Doping af halvledermaterialer udføres normalt direkte i processerne til opnåelse af enkeltkrystaller og epitaksiale strukturer. Urenheden indføres i smelten enten i form af et grundstof eller i form af en legering med et givet halvledermateriale (ligaturer). Ofte udføres doping fra gasfasen (damp) af et givet grundstof eller dets flygtige forbindelser. Dette er den vigtigste dopingmetode i epitaksiprocesser under krystallisation fra gasfasen. I molekylær stråleepitaksi er kilden til doteringsmidlet sædvanligvis selve den elementære urenhed. Beregningen af ​​det krævede dopingstofindhold kræver viden om det nøjagtige kvantitative forhold mellem dets koncentration og de specificerede egenskaber af halvledermaterialer, såvel som de grundlæggende fysisk-kemiske egenskaber ved doteringsmidlet: fordelingskoefficienten mellem gasfasen og krystallen (K), damptryk og fordampningshastighed i et bredt temperaturområde, opløselighed i fast fase mv.

En af hovedopgaverne ved doping er at sikre en ensartet fordeling af den indførte urenhed i hovedparten af ​​krystallen og over tykkelsen af ​​det epitaksiale lag. Med retningsbestemt krystallisation fra smelten opnås en ensartet urenhedsfordeling langs barrens længde enten ved at opretholde dens konstante koncentration i smelten på grund af dens genopfyldning fra den faste, flydende eller gasfase, eller ved en programmeret ændring i den effektive urenhedsfordelingskoefficient med en tilsvarende ændring i parametrene for vækstprocessen. Ved zoneomkrystallisation anvendes for urenheder med K << 1 sædvanligvis en målbelastning af urenheder i den indledende smeltede zone, efterfulgt af dens passage gennem hele barren. En effektiv måde at øge den volumetriske homogenitet af enkeltkrystaller er at påvirke masseoverførslen i smelten ved at påføre et magnetfelt. Ensartet urenhedsfordeling over lagtykkelsen i processen med væskefase-epitaksi opnås ved krystallisation ved en konstant temperatur under betingelser med smeltetilførsel og i gasfase-epitaksi ved at opretholde en konstant doteringsmiddelkoncentration i gasfasen over substratet hele vejen igennem. hele vækstprocessen.

Doping af halvledermaterialer kan også udføres ved strålingseksponering for krystallen, når der dannes elektrisk aktive urenheder som følge af kernereaktioner med deltagelse af stoffets egne atomer . Af størst interesse for strålingsdoping er effekten af ​​termiske neutroner , som har en høj gennemtrængningsevne, hvilket sikrer øget dopingensartethed. Koncentrationen af ​​urenheder dannet som følge af neutronbestråling bestemmes af forholdet: N pr \u003d N 0 s i C i c p t, hvor N 0  er antallet af atomer pr. volumenenhed af halvledermaterialet; s i  er det termiske neutronabsorptionstværsnit ; C i  er indholdet (%) af det tilsvarende nuklid i den naturlige blanding; cp er den  termiske neutronfluxtæthed; t er eksponeringstiden. Doping ved bestråling med termiske neutroner giver en strengt kontrolleret introduktion af specificerede urenhedskoncentrationer og dens ensartede fordeling i hovedparten af ​​krystallen. Men under bestråling dannes der strålingsfejl i krystallen, som kræver efterfølgende højtemperaturudglødning for at eliminere dem. Derudover kan der forekomme induceret radioaktivitet , hvilket kræver eksponering af prøver efter bestråling. Doping ved bestråling med termiske neutroner bruges sædvanligvis til at opnå ensartet fosfor-doterede Si-enkeltkrystaller med høj elektrisk resistivitet. I dette tilfælde forekommer følgende nukleare reaktioner:

Ved oprettelse af strukturer med pn-forbindelser til halvlederenheder er doping ved diffusionsintroduktion af urenheder meget brugt. Urenhedskoncentrationsprofilen under diffusion beskrives sædvanligvis af en fejlfunktion og har form af en glat kurve, hvis natur bestemmes af følgende faktorer: temperatur og tid for processen; tykkelsen af ​​det lag, hvorfra diffusion udføres; urenhedens koncentration og form i kilden, samt dens elektriske ladning og muligheden for interaktion med medfølgende urenheder og defekter i halvledermaterialet. På grund af de lave værdier af diffusionskoefficienten for hoveddoteringerne udføres diffusionsdotering normalt ved høje temperaturer (for Si, for eksempel ved 1100-1350 °C) og i lang tid; i dette tilfælde er det som regel ledsaget af genereringen i krystallen af ​​et betydeligt antal strukturelle defekter, især dislokationer . Ved diffusionsdoping opstår der vanskeligheder med at opnå tynde doterede lag og tilstrækkeligt skarpe pn-forbindelser.

For at opnå tynde doterede lag er ion-doping ( ionimplantation ) processer lovende, hvor indførelsen af ​​urenhedsatomer i materialets overfladenære lag udføres ved bombardement med de tilsvarende ioner med energier fra flere keV til flere MeV. Muligheden for at indføre næsten enhver urenhed i et hvilket som helst halvledermateriale, lave driftstemperaturer af processen, fleksibel kontrol af koncentrationen og fordelingsprofilen af ​​den indførte urenhed, muligheden for doping gennem dielektriske belægninger for at opnå tynde, stærkt doterede lag sikrede den udbredte anvendelse af denne metode i teknologien af ​​halvlederenheder. I processen med ion-doping genereres der imidlertid iboende punktstrukturelle defekter, områder med gitterforstyrrelser opstår, og ved høje doser opstår amorfe lag. Derfor, for at opnå legerede lag af høj kvalitet, er efterfølgende udglødning af de indførte defekter nødvendig. Udglødning udføres ved temperaturer meget lavere end ved diffusion (for Si, for eksempel ikke højere end 700-800°C). Efter udglødning er egenskaberne af de implanterede lag tæt på egenskaberne for materialet legeret til de samme koncentrationer ved traditionelle metoder.

Strukturelle defekter

De vigtigste strukturelle defekter i enkeltkrystaller og epitaksiale lag af halvledermaterialer er dislokationer, iboende punktdefekter og deres klynger, stablingsfejl. Ved dyrkning af enkeltkrystaller opstår dislokationer under påvirkning af termiske spændinger på grund af den inhomogene temperaturfordeling i hovedparten af ​​barren. Andre kilder til dislokationer i enkeltkrystaller er dislokationer, der vokser fra frøet, urenhedsinhomogeniteter og afvigelser fra den støkiometriske sammensætning. Dislokationer danner ofte stabile klynger i krystaller - lavvinklede grænser. De vigtigste måder at reducere tætheden af ​​dislokationer i enkeltkrystaller er: reduktion af niveauet af termiske spændinger ved at vælge de passende termiske vækstbetingelser, sikring af en ensartet fordeling af sammensætningen i volumen, streng kontrol af den støkiometriske sammensætning, indførelse af " hærdende" urenheder, der hæmmer bevægelsen af ​​dislokationer og deres formering. På nuværende tidspunkt, selv under industrielle forhold, dyrkes dislokationsfri Si-enkeltkrystaller op til 250 mm i diameter. Problemet med at opnå dislokationsfri enkeltkrystaller af Ge, GaAs, InSb og andre halvledermaterialer er ved at blive løst.

I epitaksiale sammensætninger er de vigtigste kilder til dislokationer: uoverensstemmelsesspændinger på grund af forskellen i gitterperioderne for parringsmaterialer; termiske spændinger på grund af forskellen i koefficienten. termisk udvidelse af parringsmaterialer eller ujævn fordeling af temperatur over tykkelsen og overfladen af ​​det lag, der bygges op; tilstedeværelsen af ​​en sammensætningsgradient hen over tykkelsen af ​​det epitaksiale lag. Problemet med at opnå heterokompositter med lav dislokation er særligt vanskeligt. For at reducere dislokationstætheden i arbejdslaget af en given sammensætning anvendes teknikken til at skabe "gradient" lag, der er mellemliggende i sammensætningen, eller isoperiodiske (med tætte værdier af krystalgitterperioderne) vælges heteropar. Når binære forbindelser dyrkes på et enkeltkrystalsubstrat, skabes isoperiodiske heteropar ved hjælp af kvaternære faste opløsninger, som også inkluderer substratmaterialet.

De vigtigste iboende punktdefekter i Ge og Si er ledige pladser og interstitielle atomer såvel som forskellige slags komplekser dannet som følge af disse defekters vekselvirkning med hinanden eller med atomer af resterende og doteringsurenheder. I binære forbindelser kan punktdefekter være ledige pladser i et hvilket som helst af subgitterne, interstitielle atomer af begge komponenter, som kan være i forskellige positioner i gitteret, atomer af komponent B i stederne for atomer A og omvendt. Som i elementære halvledermaterialer kan disse "simple" iboende punktdefekter interagere med hinanden og med urenheder og danne forskellige komplekser. Endnu mere komplekst er billedet af defektdannelse i multikomponentforbindelser og faste smelter. Egne punktdefekter dannes under opvarmning, bestråling med højenergipartikler, plastiske deformationer; en væsentlig rolle spilles af sammensætningens afvigelse fra den støkiometriske. Den mest effektive måde at reducere koncentrationen af ​​iboende punktdefekter i halvledermaterialer på er varmebehandling i forskellige medier. I tilfælde af kemiske forbindelser udføres varmebehandling normalt i en atmosfære af damp af den manglende komponent, idet der vælges driftstemperaturer under hensyntagen til konfigurationen af ​​homogenitetsområdet.

Ansøgning

Det vigtigste anvendelsesområde for halvledermaterialer er mikroelektronik . Halvledermaterialer danner grundlaget for moderne store og meget store integrerede kredsløb, som hovedsageligt er lavet på basis af Si . Yderligere fremskridt med at øge hastigheden og reducere strømforbruget er forbundet med skabelsen af ​​integrerede kredsløb baseret på GaAs , InP og deres solide løsninger med andre forbindelser af typen A III B V. Halvledermaterialer bruges i stor skala til fremstilling af "power" halvlederenheder (ventiler, tyristorer, effekttransistorer). Også her er hovedmaterialet Si, og yderligere fremskridt til området med højere driftstemperaturer er forbundet med brugen af ​​GaAs, SiC og andre halvledermaterialer med brede mellemrum. Hvert år udvides brugen af ​​halvledermaterialer i solenergi. De vigtigste halvledermaterialer til fremstilling af solceller er Si, GaAs, heterostrukturer Ga x Al 1-x As/GaAs, Cu 2 S/CdS, α-Si:H, heterostrukturer α-Si:H/α-Si x C 1-x :H. Med brugen af ​​ikke-krystallinske hydrogenerede halvledermaterialer i solceller er udsigterne til et kraftigt fald i prisen på solceller forbundet. Halvledermaterialer bruges til at skabe halvlederlasere og LED'er . Lasere fremstilles på basis af en række direkte-gap forbindelser af typen A III B V , A II B IV , A IV B VI osv. De vigtigste materialer til fremstilling af lasere er heterostrukturer: Ga x Al 1 -x As / GaAs, Ga x In 1-x Asy P 1-y / InP, Ga x In 1-x As/InP, Ga x In 1-x Asy P 1-y / Ga x As 1-x P x , GaN/Al x Ga 1-x N. Til fremstilling af LED'er er følgende i vid udstrækning brugt: GaAs , GaP, GaAs 1-x P x , Ga x In 1-x As, Ga x Al 1-x As, GaN osv. Halvledermaterialer danner grundlaget for moderne optiske strålingsdetektorer (fotodetektorer) for et bredt spektralområde. De er lavet på basis af Ge , Si , GaAs , GaP , InSb , InAs , Ga x Al 1-x As, Ga x In 1-x As, Ga x In 1-x Asy P 1-y , Cd x Hg 1- x Te, Pb x Sn 1-x Te og en række andre halvledermaterialer. Halvlederlasere og fotodetektorer er de vigtigste komponenter i elementbasen af ​​fiberoptiske kommunikationslinjer. Halvledermaterialer bruges til at skabe forskellige mikrobølgeenheder (bipolære og felteffekttransistorer, transistorer på "varme" elektroner, lavinedioder osv.). Andre vigtige anvendelsesområder for halvledermaterialer: nukleare strålingsdetektorer (de bruger især ren Ge, Si, GaAs, CdTe osv.), fremstilling af termokøleskabe (tellurider og selenider af vismut og antimon), strain gauges, højfølsomme termometre, magnetfeltsensorer mv.

Litteratur