Алмаз полупроводниковые

Основные характеристики некоторых, наиболее широко употребляемых полупроводниковых материалов приведены в табл. 34. Общим свойством всех указанных материалов является ковалентный или близкий к ковалентному характер связей, реализуемых в их кристаллах. Ширина запрещенной зоны зависит от энергии этих связей и структурных особенностей кристаллической решетки полупроводника. У полупроводников с узкой запрещенной зоной, таких, например, как серое олово, черный фосфор, теллур, заметный перенос электронов в зону проводимости возникает уже за счет лучистой энергии, в то время как для полупроводниковых модификаций бора и кремния требуется довольно мощный тепловой или электрический импульс, а для алмаза II — даже облучение потоками микрочастиц большой энергии или у-облучение. Лишь некоторые из полиморфных форм кристаллов обладают полупроводниковыми свойствами. Так, полупроводниковый эффект наблюдается лишь у одной из трех возможных полиморфных форм кристаллических фосфора и мышьяка и лишь у двух из четырех кристаллических модификаций углерода. [c.311]

Известны две аллотропные модификации бора — аморфный и кристаллический. Аморфный бор — коричневый порошок плотностью 1,74 г/см кристаллический — серовато-черного цвета (плотность 2,34 г/см ), по твердости уступает только алмазу, диамагнитен, при комнатной температуре плохо проводит электрический ток, при нагревании до 600°С электрическая проводимость его увеличивается более чем в 100 раз, что и используют в полупроводниковой технике. [c.308]

Некоторые элементарные вещества и среди них в первую очередь германий отличаются полупроводниковыми свойствами. Эти свойства обусловлены особым состоянием электронов в кристаллической решетке полупроводников. Германий по структуре кристаллов напоминает алмаз. Каждый атом германия связан с четырьмя другими ковалентными связями. Однако в отличие от алмаза в кристаллах германия валентные электроны закреплены непрочно и под влиянием нагревания или облучения могут, возбуждаясь, отрываться от связываемых ими атомов и свободными уходить в междуузлия решетки. Наличие таких свободных электронов в кристаллах германия сообщает ему некоторую электронную проводимость. При переходе электрона в свободное состояние у данного атома остается свободная орбиталь, так называемая д ы р к а . Эта дырка может заполниться при перескоке валентного электрона соседнего атома, в котором тогда возникает новая дырка. Если при наложении электрического поля свободные электроны будут передвигаться к положительному полюсу, то дырки будут передвигаться к отрицательному полюсу. Это передвижение дырок, равносильное передвижению положительных зарядов, сообщает кристаллам германия еще так называемую дырочную проводимость. В совершенно чистом германии в каждый данный момент число дырок равно числу свободных электронов. Это обусловливает равное значение электронной (п) и дырочной р) проводимости в общей электропроводности чистого германия, значение которой очень невелико. Однако соотношение между числами свободных электронов и дырок в кристалле германия можно изменить. Если в германий ввести даже очень незначительную примесь, например мышьяка, в атомах которого на наружном уровне находится пять электронов, то в кристаллической решетке твердого раствора замещения число свободных электронов окажется больше числа дырок и электронная проводимость в этом случае будет играть решающую роль. Наоборот, если ввести в германий примесь галлия, на наружном уровне атомов которого имеется только три электрона, то число дырок в кристаллической решетке раствора замещения станет превышать число свободных электронов и решающая роль будет уже принадлежать дырочной проводимости. Однако в случае образования с элементарным полупроводником твердого раствора внедрения примесь активного металла усиливает элек- [c.205]

Так как свойства вещества — механические, электрические, оптические, химические — определяются энергетическим состоянием валентных электронов, то в первую очередь нас интересует соответствующий участок энергетического спектра. Параметры последнего — значения ширины валентной, запрещенной зон, зоны проводимости и положение различных локализованных уровней — могут быть определены путем изучения оптических спектров, электропроводности и других свойств твердого вещества (см. гл. IX). Зная эти параметры, можно решать обратную задачу определять по ним неизвестные нам свойства вещества. Не случайно общепринятое деление твердых веществ на изоляторы, проводники, полуметаллы и металлы основывается на значениях ширины запрещенной зоны. Возьмем, например, ряд простых веществ алмаз, кремний, германий, олово, свинец. Каждое из этих вещёств по-своему замечательно и каждое используется как незаменимый материал, но в совершенно различных областях техники, а кремний и германии находят применение в полупроводниковой технике. Природа данных веществ изменяется скачками, как атомные номера соответствующих элементов. Скачками изменяется и ширина запрещенной зоны при переходе от одного аналога к другому. Для алмаза эта величина составляет 5,6 эВ. Это — изолятор, самое твердое из веществ. Для кремния она равна 1,21 эВ. Такой энергетический барьер уже много доступнее для валентных элек- тронов отсюда полупроводниковые свойства данного вещества. Ширина запрещенной зоны германия 0,78 эВ — он полупроводник с высокой подвижностью носителей тока — электронов и дырок. Наконец, серое олово по ширине запрещенной зоны, равной всего 0,08 эВ, занимает последнее место в данном ряду и относится скорее к металлам, чем к полупроводникам, а белое олово — настоящий металл. Так с изменением ширины запрещенной зоны закономерно изменяется природа твердого вещества. [c.105]

НОЙ упа ковке. По такому структурному типу кристаллизуются также карбид кремния, кремний, германий и серое олово. Прочность связей в структурах может сильно различаться. В алмазе неполярные ковалентные связи очень прочны. В других веществах заметными становятся металлические свойства, проявляющиеся в увеличении электропроводности, В структурном типе цинковой обманки кристаллизуются многие полупроводниковые соединения. [c.357]

Другим примером полиморфных превращений может служить переход модификаций олова -Sn->-a-Sn. При стандартных условиях олово существует в виде модификации -Sn, называемой белым оловом. При температуре +14°С (287 К) белое олово переходит в другую низкотемпературную модификацию a-Sii, серое олово, имеющее структуру алмаза и обладающее полупроводниковыми свойствами. [c.222]

Интересны полупроводниковые алмазы (р-типа), синтезированные при 1100°С и 70 тыс. атм в присутствии небольших добавок В, Ве или А1. На основе их хорошей теплопроводности и сильной зависимости электрического сопротивления от температуры [c.501]

ПОЛУПРОВОДНИКИ — вещества с электронной проводимостью, величина электропроводности которых лежит между электропроводностью металлов и изоляторов. Характерной особенностью П. является положительный температурный коэффициент электропроводности (в отличие от металлов). Электропроводность П. зависит от температуры, количества и природы примесей, влияния электрического поля, света и других внешних факторов. К П. относятся простые вещества — бор, углерод (алмаз), кремний, германий, олово (серое), селен, теллур, а также соединения — карбид кремния, соединения типа filmen (инднй — сурьма, индий — мышьяк, галлий — сурьма, алюминий — сурьма), соединения двух или трех элементов, в состав которых входит хотя бы один элемент IV—VII групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева, некоторые органические вещества — полицены, азоаромати-ческие соединения, фталоцианин, некоторые свободные радикалы и др. К чистоте полупроводниковых материалов предъявляют повышенные требования, например, в германии контролируют примеси 40 элементов, в кремнии — 27 элементов и т. д. Тем не менее некоторые примеси придают П. определенные свойства и тип проводимости, а потому и являются необходимыми. Содержание примесей не должно превышать 10 —Ш %. П. применяются в приборах в виде монокристаллов с точно определенным содержанием примесей. Применение П. в различных отраслях техники, в радиотехнике, автоматике необычайно возросло в связи с большими преимуществами полупроводниковых приборов — они экономичны, надежны, имеют высокий КПД, малые размеры и др. [c.200]

Из свойств карборунда наиболее практически важна его твердость, уступающая лишь твердости алмаза. В связи с этим карборунд широко применяется для обработки твердых материалов. В частности, из него обычно изготовляют круги точильных станков. Карборунд обладает хорошей теплопроводностью и полупроводниковыми свойствами (я-типа), которые сохраняются до 1000°С (тогда как у элементарного кремния они теряются уже выше 250 °С). Он находит использование также при изготовлении электропечей, однако для этой цели чаще применяют т. н. с и л и т, получаемый обжиганием при 1500 °С (в атмосфере СО или N2) массы, сформованной из смеси карборунда, кремния и глицерина. Силит обладает механической прочностью, химической стойкостью и хорошей электропроводностью. [c.592]

Физические и химические свойства. В компактном состоянии германий представляет собой хрупкое вещество серебристо-серого цвета с желтоватым отливом и металлическим блеском. При обычных условиях германий кристаллизуется в структуре типа алмаза и обладает ярко выраженными полупроводниковыми свойствами. Однако при высоких давлениях германий претерпевает полиморфные превращения, образуя сначала тетрагональную структуру -олова, а затем и более плотно упакованную ОЦК-структуру. Это сопровождается увеличением координационного числа и появлением металлических свойств. [c.217]

Карбид кремния (карборунд) Si — тугоплавок, химически стоек, по твердости близок к алмазу. В виде алмазоподобной модификации он — диэлектрик, которому определенные примеси придают полупроводниковые свойства. Поэтому Si находит применение в радиотехнике, но, в основном, его используют как абразивный и огнеупорный материал. [c.276]

Сложные полупроводники (неорганические). Ряд неорганических соединений оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды и др. — обладают полупроводниковыми свойствами. Больщинство таких соединений обладает кристаллической решеткой типа алмаза или сфалерита (ZnS), но возможны и другие кристаллические структуры. [c.435]

По твердости карбин превосходит графит, но значительно уступает алмазу. Обладает полупроводниковыми свойствами. При нагревании до 2800 °С без доступа воздуха превращается в графит. [c.128]

Для олова известны две модификации серое а-олово, обладающее полупроводниковыми свойствами со структурой типа алмаза, и белое р-олово, представляющее собой металл с тетрагональной кристаллической решеткой. [c.168]

Олово существует в двух полиморфных модификациях, причем низкотемпературная (a-Sn — серое олово) обладает кристаллической решеткой типа алмаза и полупроводниковыми свойствами, а высокотемпературная ( -Sn — белое олово), хотя и представляет собой металл по физическим свойствам, тем не менее кристаллизуется в малохарактерной для металлов тетрагональной структуре. С химической точки зрения олово ближе примыкает к германию, чем к свинцу, но металлический характер этого элемента выражен более ярко, чем у германия. Единственным типичным металлом в этой подгруппе является свинец. В виде простого вещества он кристаллизуется в плотноупакованной ГЦК структуре с координационным числом 12. В своих соединениях он выступает в основном в качестве катионообразователя. [c.215]

К этому типу весьма близка решетка типа сфалерита или цинковой обманки ZnS, изображенная на рис. 45-в. Решетка типа сфалерита представляет собой систему двух кубических гранецентрированных подрешеток цинка и серы, вдвинутых друг в друга на V диагонали куба. В такой ячейке в отличие от алмазной 4 атома цинка и 4 атома серы, но положение их и направленность связей такие же, как в решетке алмаза. Многие полупроводниковые соединения типов А В и А "В имеют решетки типа сфалерита (или вюрцита, см. ниже). Такую же решетку имеет карборунд Si . [c.124]

В группе 1УБ разница между свойствами первого и последнего членов группы максимальна. От неметаллических элементов—углерода и кремния, через германий — металлоид, с промежуточными свойствами, происходит переход к олову и свинцу, которые являются металлами. Углерод и кремний имеют ковалентную макромолекулярную структуру. Углерод (исключая графит) является изолятором. Кремний и германий обладают полупроводниковыми свойствами. Олово и свинец, имея металлическую структуру, электропроводны, кроме а-олова со структурой типа алмаза. [c.504]

Интересы электроники, электро- и радиотехники, вакуумной техники, технологии производства радиоаппаратуры, полупроводниковых приборов и приборов автоматики и телемеханики требуют от химической науки и промышленности создания новых веществ с комплексом свойств, которыми не обладают природные вещества. Необходимы новые конструкционные материалы, высококачественные диэлектрики, химически чистые реактивы и особо чистые вещества. Требуется увеличить объем производства и ассортимент полупроводников, фотокиноматериалов, люминофоров, ферромагнетиков, жаростойких и жаропрочных материалов, монокристаллов, лазерных материалов, искусственных камней (алмазов, рубинов и др.) и т. д. [c.503]

П.м, по структуре делятся на кристаллич,, твердые аморфные и жидкие. Наиб, практич, применение находят неорг. кристаллические П.м., к-рые по хим. составу разделяются на след. осн. группы. Элементарные полупроводники Ge, Si, углерод (алмаз и графит). В, a-Sn (серое олово). Те, Se. Важнейшие представители этой группы-Ое и Si имеют кристаллич, решетку типа алмаза (алмазоподобны). Являются непрямозонными полупроводниками образуют между собой непрерывный ряд твердых р-ров, также обладающих полупроводниковыми св-вами. [c.58]

Крайне актуальной остается проблема получения высокочистых алмазов типа Па и ПЬ для использования в лазерной оптике, электронике и полупроводниковой технике. Изучены процессы роста высокочистых алмазов типа Па и ПЬ методом температурного градиента под давлением, получены кристаллы весом до 5 карат. Измерено удельное электросопротивление допированных бором [c.20]

Монокристаллы германия, кремния, арсенида галлия, сульфида свинца и т. п. используют для изготовления полупроводниковой аппаратуры диодов, триодов и т. д. (см. разд. У.14). Монокристаллы рубина, фторида лития и некоторые полупроводники применяются в лазерах. Монокристаллы кварца, каменной соли, кремния, германия, исландского шпата, фторида лития и др. применяют в оптических узлах многих приборов физико-химического анализа. Монокристаллы кварца и сегиетовой соли используют для стабилизации радиочастот, генерирования ультразвука, изготовления основных деталей микрофонов, телефонов, манометров, адаптеров и т. д. Монокристаллы алмаза широко используются при обработке особо твердых материалов и бурении горных пород. Отходы монокристаллов рубина нашли применение в часовой промышленности. Многие монокристаллы применяются так же в качестве украшений (бриллиант, топаз, сапфир, рубин и др.). [c.38]

Нитриды GaN, InN, TIN принадлежат к соединениям типа А "В (А — элемент III группы, а В — элемент V группы). Эти соединения изоэлектронны простым веществам, образованным элементами IV группы (например, Si, Ge) и обладают полупроводниковыми свойствами. В большинстве полупроводниковых соединений типа, А "В атомы находятся в тетраэдрической координации друг относительно друга и кристаллизуются в решетке типа сфалерита или вюртцита. Так, GaN, InN и TIN кристаллизуются в решетке типа вюртцита, а МР, MAs, MSb, где M=Ga, In — в решетке типа сфалерита. Нитриды элементов подгруппы галлия отличаются высокой химической устойчивостью и близки по структуре к алмазу и алмазоподобному BN. Наибольшей химической устойчивостью отличается GaN. Он не взаимодействует с водой, разбавленными и концентрированными кислотами, устойчив при нагревании на воздухе до 1000° С. При комнатной температуре GaN является полупроводником, а при низких температурах обладает сверхпроводимостью. По своей химической устойчивости InN значительно уступает GaN, он легко реагирует с растворами кислот и щелочей, окисляется на воздухе выше 300° С. Теплоты образования GaNxB и InNxB при 25° С соответственно равны 26,4 и 4,2 ккал/моль. [c.177]

С кремнием углерод дает карбид состава 81С. Это кристаллическое вещество, по твердости приближающееся к алмазу (царапает стекло). В чистом виде кристаллы бесцветны. Технический продуктокрашен примесями и носит название карборунда. Применяется для изготовления шлифовальных кругов, а также. как огнеупорньн" материал. Карбид кремния важный полупроводниковый материал. [c.435]

По химическому составу полупроводники весьма разнообразны. К ним относятся элементарные вещества, как, например, бор, графит, кремний, германий, мышьяк, сурьма, селен, а также многие оксиды ( uaO, ZnO), сульфиды (PbS), соединения с индием (InSb) и т. д. и многие соединения, состоящие более чем из двух элементов. Известны и некоторые органические соединения обладающие полупроводниковыми свойствами. Таким образом, к полупроводникам относится очень большое число веществ. Обусловлены полупроводниковые свойства характером химической связи (ковалентным, или ковалентным с некоторой долей ионности), типом кристаллической решетки, размерами атомов, расстоянием между ними, их взаиморасположением. Если химические связи вещества носят преимущественно металлический характер, то его полупроводниковые свойства исключаются. Зависимость полупроводниковых свойств от типа решетки и от характера связи ясно видна на примере аллотропных модификаций углерода. Так, алмаз — типичный диэлектрик, а графит — полупроводник с положительным температурным коэффициентом электропроводности. То же у олова белое олово — металл, а его аллотропное видоизменение серое олово — полупроводник. Известны примеры с модификациями фосфора и серы. [c.298]

Правило октета позволяет определить размещение элементарных полупроводников и компонентов полупроводниковых соединений в Периодической системе. В самом деле, насыщенные ковалентные связи могут существовать в кристаллах Si, Ge, a-Sn, Р, As, Sb, S, Se, Те, I2, которые расположены компактной группой на границе между типичными металлами и неметаллами. В химическом отношении, следовательно, элементарные полупроводники, как правило, обладают амфотерными свойствами. Наиболее ярко выражены полупроводниковые свойства у элементов IV группы, кристаллизующихся в структуре алмаза с тетраэдрической ориентацией атомов. Полупроводниковые свойства характерны и для бинарных соединений, составные элементы которых равноотстоят от элементов IV группы (AiiiB ",AiiB "i, АШ " ). Сумма номеров групп, в которых находятся компоненты этих соединений, равна восьми, что соответствует общему количеству валентных электронов на формальную единицу. По этому признаку формируются так называемые изо-электронные ряды кремния, германия и серого олова [c.319]

На примерах молекул галогенов и галогеноводородов, а также кристаллов алмаза, кремния и германия обнаруживается зависимость прочности связи от ее длины, закономерно изменяющаяся с изменением атомных радиусов элементов. При сравнении углерод — углеродных связей обнаруживается влияние дополнительных -связей на 0-связь, проявляющееся в изменении длины и энергии кратных связей. Последние три типа связей в табл. 8 позволяют понять переход от диэлектрических свойств к полупроводниковым в ряду указанных чещестБ. [c.99]

Германий обладает полупроводниковыми свойствами. Электросопротивление и подвижность носителей тока приведены для чистого мо-нокристаллического германия, обладающего только собственной проводимостью. Кристаллизуется он в кубической решетке типа алмаза. Очень хрупок, при комнатной температуре легко превращается в порошок. Твердость по шкале Мооса 6—6,5. Методом микротвердости было найдено значение 385 кг/мм . Такая высокая твердость в сочетании с хрупкостью делает невозможной механическую обработку германия. С повышением температуры его твердость падает выше 650 чистый германий становится пластичным. При высоком давлении получены еще три модификации германия, отличающиеся большей плотностью и электропроводностью. При плавлении он, подобно галлию и висмуту, уменьшается в объеме (- 5,6%). В парах масс-спектрографически обнаружены, помимо отдельных атомов, агрегаты, содержащие до восьми атомов. [c.155]

Кремний, не реагирующий с килотами, остается в виде бурого аморфного порошка с плотностью 2330 кг/м . Он растворяется в некоторых расплавленных металлах. При медленном охлаждении раствора кремния в расплавленном цинке выпадают кристаллы кремния. Кристаллический кремний так же непохож на аморфный, как алмаз на графит. Цвет его — серо-стальной. Плотность 2400 кг/м . Решегка кристаллического кремния сходна с решеткой алмаза, но он менее тверд, чем алмаз, и менее тугоплавок (<пл = 1420 °С). В отличие от алмаза кристаллический кремний обладает металлическим блеском и полупроводниковыми свойствами. В химическом отношении инертен. [c.360]

Полупроводники, кристаллизующиеся по типу алмаза или сфалерита с координационным числом 4, образуются из двух элементов, атомы которых обладают в сумме восемью электронами на внешнем уровне А В , А В или А B i. Например, карбид кремния Si относится к типу А В , а фосфид галлия GaP дает тип А В , в то время как ZnS будет соответствовать типу А" В . Однако многие полупроводниковые соединения в эти схемы не укладываются, так как кристаллизуются в более сложной системе. Например, нитрид кремния SisN (табл. 122). [c.450]

Карбид кремния Si по твердости уступает только алмазу, в связи с чем используется как абразивный материал, а также как полупроводниковый. Широко применяется кварцевое стекло SiOj. Кремний входит в состав многих сплавов железа и цветных металлов. [c.228]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология