Полупроводниковые материалы

Полупроводниковыми материалами являются твердые кристаллические вещества с электронной проводимостью, которые по удельному электрическому сопротивлению при нормальной температуре занимают промежуточное положение между проводниками (метал-дами) и диэлектриками (изоляторами) (табл. 8).

Таблица 8

Материал	Удельное электрическое сопротивление, Ом-м	Температурный коэффициент сопротивления ар	Проводимость
Проводники	10-8 — 10-5	Положительный	Электронная
Полупроводники	10-8 — 10+8	Отрицательный	»
Диэлектрики	10-11 — 10+17	»	Ионная и электронная

Электропроводность полупроводников в значительной степени зависит от внешних энергетических воздействий, а также от присутствия различных примесей в структуре полупроводника.

Полупроводниковые материалы подразделяют на простые полупроводники, полупроводниковые химические соединения и многофазные полупроводниковые материалы. К простым полупроводникам относят германий, кремний, селен и другие элементы, основные параметры которых: приведены в табл. 9.

Таблица 9

Параметры	Германий	Кремний	Селен
Плотность при 20 °С, Мг/м3	5,3	2,3	4,8
Удельное сопротивление при 20 °С, Ом-м	0,68	2-103	—
Работа выхода электронов, эВ	4,8	4,3	2,85
Объемная плотность (концентрация) носителей, м~3	2,5-1019	1016	—
Подвижность электронов, м2/(В-с)	0,39	0,14	—
Подвижность дырок, м2/(В-с)	0,19	0,05	0,2*10-4
Первый ионизационный потенциал, В	8,1	8,14	9,75
Диэлектрическая проницаемость	16	12,5	- 6,3
Постоянная решетки, нм	0,566	0,542	0,436
Температура плавления, °С Теплота плавления, Дж/кг	936 4,1*106	1414 1,6*106	220 6,4*104
Температурный коэффициент линейного расширения (0 — 100°С)аг10-в, К-1	6	4,2	2,5
Удельная теплопроводность, Вт/ (м- К)	55	80	3
Удельная теплоемкость (0-100°С), Дж/(кг-К)	333	710	330

Полупроводниковые химические соединения, соответствующие общим формулам, составлены из элементов различных групп таблицы Д. И. Менделеева, например: (А В — SiC; AIIIBV — GaAs; InSb; AIIBVI — CdS; SnSe), а также из некоторых оксидов (например, Cu2O) и веществ сложного состава.

Многофазными полупроводниковыми являются материалы с полупроводящей или проводящей фазой из карбида кремния, графита и других элементов, сцепленных керамической или иной связкой.

В пределах одного полупроводникового изделия создаются области электронной n (от лат. negative — отрицательный) и дырочной р (от лат. positive — положительный) проводимостей. На границе раздела р- и n-областей возникает запирающий слой, который обусловливает выпрямительный эффект для переменного тока. Это свойство электронно-дырочного перехода (р-л-перехода) лежит в основе работы выпрямительных диодов. Создавая в структуре полупроводника два и более взаимно связанных p-n-перехода, можно получить более сложные управляемые полупроводниковые приборы — транзисторы, используемые для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Электропроводностью полупроводников можно управлять с помощью тепла, света, электрического поля или механических усилий, на чем основана соответственно работа терморезисторов, фоторезисторов, варисторов, тензорезисторов.

Полупроводниковые системы лежат в основе интегральных микросхем (ИМС — микроэлектронных устройств), в которых активные (диоды, транзисторы) и пассивные (резисторы, конденсаторы) элементы, а также межэлементные соединения создаются в едином технологическом процессе с использованием групповых методов изготовления элементов и соединяющих проводников. Элементы ИМС не имеют внешних выводов корпуса и не могут рассматриваться как отдельные изделия. Плотность монтажа элементов в ИМС может достигать сотен — тысяч в 1 см3. »

Благодаря применению ИМС в радиоэлектронной аппаратуре снижается количество соединений, а аппаратура становится более компактной и экономичной, повышается ее надежность и улучшаются рабочие характеристики.

Содержание раздела