ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ полупроводники,
применяемые
для изготовления электронных приборов и устройств. В полупроводниковой
электронике используют гл. обр. кри-сталлич. П. м. Большинство из них
имеет кристаллич. структуру с тетраэдрич.

координацией атомов, характерной для структуры
алмаза.

Значительную роль в развитии полупроводниковой
техники сыграл селен: селеновые выпрямители долгое время оставались
основными полупроводниковыми приборами, получившими массовое применение.

В нач. 70-х гг. 20 в. наиболее распространённые
П. м.- кремний и германий. Обычно их изготовляют в виде массивных
монокристаллов,
легированных
различными примесями. Легированные монокристаллы Si с удельным сопротивлением
10^-3-10⁴ом * см получают преим. методом вытягивания
из расплава (по Чохральскому), а легированные монокристаллы Ge с удельным
сопротивлением 0,1-45 ом*см
получают, кроме того, зонной плавкой.
Как правило, примесные атомы V группы периодич. системы (Р, As и Sb)
сообщают кремнию и германию электронную проводимость, а примесные атомы
III группы (В, А1, Ga, In) - дырочную. Si и Ge обычно используют для изготовления
полупроводниковых диодов, транзисторов, интегральных микросхем и
т. д.

Большую группу П. м. составляют химич.
соединения типа А^III B^v (элементов III группы с элементами
V группы) -арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs, InAs, GaP, InP,
InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов
как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и выращивание монокристаллов
обычно производят в замкнутых сосудах из высокотемпературных химически
инертных материалов, обладающих высокой прочностью, поскольку давление
насыщенного пара над расплавом таких элементов, как Р и As, сравнительно
велико. Примеси элементов II группы придают этим П. м., как правило, дырочную
проводимость, а элементов IV группы - электронную. П. м. этой группы используют
в основном в полупроводниковых лазерах, светоизлучающих диодах, Ганна
диодах, фотоэлектронных умножителях, в качестве плёночных детекторов
излучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных
волн.

П. м. типа A^IIB^VI,
из к-рых наиболее широко применяют соединения ZnO, ZnS, CdS, CdSe, ZnSe,
HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe, получают преим. с помощью химических реакций в
газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное сопротивление и тип
проводимости этих П. м. определяются не столько легирующими примесями,
сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением
их состава от стехиометрического (см. Стехиометрия). Использование
П. м. этого типа связано гл. обр. с их оптич. свойствами и фоточувствительностью.
Поэтому их применяют в фоторезисторах, фотоэлементах, электроннолучевых
приборах и приборах ночного видения, модуляторах оптич. излучения (см.
Модуляция
света) и т. д.

К П. м. относят также нек-рые аморфные
стеклообразные халькогенидные системы, напр, сплавы Р, As, Sb, Bi с Ge,
S, Se, Те, и оксидные системы, напр. V- Rх - число
атомов металла и y - число атомов кислорода в окисле. Их используют гл.
обр. в качестве оптич. покрытий в приборостроении.

П. м. в широких пределах изменяют свои
свойства с изменением темп-ры, а также под влиянием электрич. и магнитных
полей, механич. напряжений, облучения и др. воздействий. Этим пользуются
для создания различного родадатчиков.

П. м. характеризуются след. осн. параметрами:
удельным сопротивлением, типом проводимости, шириной запрещённой зоны,
концентрацией носителей заряда и их подвижностью, эффективной массой и
временем жизни. Ряд характеристик П. м., напр, ширина запрещённой зоны
и эффективная масса носителей, относительно слабо зависит от концентрации
химических примесей и степени совершенства кристаллической решётки. Но
многие параметры практически полностью определяются концентрацией и природой
химических примесей и структурных дефектов. Некоторые физические свойства
важнейших П. м. приведены в таблице.

В электронных приборах П. м. используют
как в виде объёмных монокристаллов, так и в виде тонких моно- и поли-кристаллич.
слоев . (толщиной от долей мкм до неск. сотен мкм), нанесённых
на различные, напр, изолирующие или полупроводниковые, подложки (см. Микроэлектроника).
В
таких устройствах П. м. должны обладать определёнными электрофизич. свойствами,
стабильными во времени и устойчивыми к воздействиям среды во время эксплуатации.
Большое значение имеют однородность свойств П. м. в пределах монокристалла
или слоя, а также степень совершенства их кристаллич. структуры (плотность
дислокаций, концентрация точечных дефектов и др.).

В связи с высокими требованиями к чистоте
и совершенству структуры П. м. технология их производства весьма сложна
и требует высокой стабильности тех-нологич. режимов (постоянства темп-ры,
расхода газовой смеси, продолжительности процесса и т. д.) и соблюдения
спец. условий, в частности т. н. полупроводниковой чистоты аппаратуры и
помещений (не более 4 пылинок размером свыше 0,5 мкм в 1 л воздуха).
Продолжительность процесса выращивания монокристаллов в зависимости от
их размеров и вида П. м. составляет от неск. десятков мин до неск.
сут.
При
обработке П. м. в пром. условиях используют процессы резания П. м. алмазным
инструментом, шлифовки и полировки их поверхности абразивами, термич. обработки,
травления щелочами и кислотами.

Контроль качества П. м. весьма сложен и
разнообразен и выполняется с помощью специализированной аппаратуры. Осн.
контролируемые параметры П. м.: химич. состав, тип проводимости, удельное
сопротивление, время жизни носителей, их подвижность и уровень легирования.
Для анализа состава П. м. обычно пользуются оптич., спектральными, масс-спектроскопическими
и ак-тивационными методами. Электрофизич. характеристики измеряют т. н.
зондо-выми методами или используют Холла эффект. Совершенство структуры
монокристаллов исследуют методами рентге-ноструктурного анализа и оптич.
микроскопии. Толщину слоев измеряют либо бесконтактными оптич. методами,
либо методами сошлифовки слоя.

Лит.: Технология полупроводниковых
материалов, пер. с англ., М., 1961;

Таблица некоторых физических свойств важнейших
полупроводниковых материалов

М., Полупроводниковые материалы, пер. с
франц., М., 1971; 3 и С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с
англ., М., 1973; Палатник А. С., Сорокин В. К., Основы пленочного полупроводникового
материаловедения, М., 1973; Кристал-лохимические, физико-химические и физические
свойства полупроводниковых веществ, М., 1973.

Ю. Н. Кузнецов, А. Ю. Малинин.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я