Кремний со свойствами полупроводника

Самую большую и разнообразную группу составляют полупроводники, т. е. вещества со значениями электропроводности в интервале примерно от Ю" до 10 ом -см . К ним относятся многие простые тела (германий, кремний, бор, иод), сплавы (например, сплав цинка с сурьмой), различные неорганические соединения (окислы, сульфиды) и довольно большое число органических веществ (сложные ароматические соединения, белки, ряд синтетических полимеров). Однако особенности электрических свойств полупроводников не ограничиваются только величинами электропроводности. Одним из наиболее существенных отличий полупроводника от металла является характер зависимости электропроводности от температуры. В то время как сопротивле- [c.274]

В 26 было показано, что на границе соприкосновения двух различных тел возникает электрический заряд, вызванный выравниванием электрохимических потенциалов электронов или ионов в соприкасающихся телах. Поверхность и объем одного и того же кристалла обладают неодинаковыми физико-химическими свойствами и могут поэтому рассматриваться как два находящихся в контакте разнородных тела. Ниже мы рассмотрим поверхностные свойства полупроводников на примере германия и кремния. [c.204]

Несмотря на то что германий Ge, олово Sn и свинец РЬ — полные электронные аналоги углерода и кремния, их химические и физические свойства существенно различаются. Так, германий проявляет свойства полупроводников (промежуточные свойства металлов и неметаллов) и в этой связи находит широкое применение в технике, а олово и свинец — уже просто типичные металлы. Отсюда становится понятным, почему в современных учебниках главная подгруппа IV группы подразделяется на две самостоятельные — подгруппу углерода и подгруппу германия. Из названия главы следует, что в ней рассматриваются только углерод и кремний. [c.202]

Кремний в отличие от углерода встречается в виде одной устойчивой модификации, так как для кремния характерна лишь полная зр -гибридизация электронных орбиталей. Алмазоподобная модификация кремния тугоплавка, имеет высокую твердость и напоминает по внешнему виду темно-серый металл. При комнатной температуре кремний является полупроводником (см. 111.4). На внешнем электронном слое атома кремния есть вакантные З -орбитали (51...35 3р 3 °), что отличает структуру внешнего слоя атома 51 от атома углерода ( ...2s 2p ). Вакантные Зй -орбитали могут участвовать в образовании связей, что сказывается на свойствах образуемых простых веществ алмазная модификация углерода — изолятор, а алмазоподобная модификация кремния — полупроводник. [c.273]

У алмаза электроны атомов углерода заполняют валентную зону. Перевод электронов в зону проводимости требует высоких энергий — ширина запрещенной зоны составляет А = 5,7 эВ, поэтому алмаз —диэлектрик (хотя по ряду других свойств его относят к полупроводникам). Кремний имеет структуру алмаза, и у него также заполнена валентная зона, но вследствие энергетической близости зоны проводимости и валентной зоны (Д =1,1 эВ) кремний проявляет свойства полупроводника. У графита валентная зона, содержащая 2р-негибридные электроны, и зона проводимости перекрываются, и эта модификация углерода, не являясь металлом, хорошо проводит электрический ток. [c.183]

В свободном виде элементы IVA-группы-твердые простые вещества, их металлический характер увеличивается от С к РЬ. По физическим свойствам углерод в свободном виде (алмаз и графит) относится к неметаллам (у графита обнаруживаются некоторые признаки металлов) кремний и германий проявляют промежуточные свойства (полупроводники) олово и свинец-типичные металлы (проводники). В ряду напряжений Sn и РЬ стоят непосредственно перед водородом. [c.146]

В больших периодах (и вообще по мере роста массы атома и числа электронов в нем) металлические свойства начинают преобладать в периодической системе Менделеева более 70 элементов можно уверенно отнести к металлам. Критерием при этом служат не только химические, но и физические свойства, именно способность атомов элемента образовывать кристаллические решетки с типичной металлической связью и электронной проводимостью. Некоторые элементы — кремний, германий и др. — обнаруживают в твердом состоянии свойства полупроводников. [c.86]

Согласно схеме, представленной на рис. 26.4, б, полупроводники занимают промежуточное положение между металлами и неметаллами. У них, как и у неметаллов, валентная зона полностью заполнена электронами, но энергия необходимая для перехода электрона в зону проводимости, невелика (например, для германия = == 0,7 эВ, для кремния 1,10 эВ). Поэтому кристаллы таких веществ при нагревании становятся электропроводными. При снятии внешнего поля электроны возвращаются в нижнюю, валентную зону и кристалл снова становится непроводником. Рост электрической проводимости с увеличением температуры—одно из отличительных свойств полупроводников (у металлов наоборот). [c.340]

Возвращаясь к табл. 120, можно сделать вывод, что кристаллы алмаза следует отнести к изоляторам, кристаллы кремния и германия — к полупроводникам, а кристаллы олова практически метал-личны, так как ширина запрета для них очень мала, что и было отражено на рис. 197 — шкала сопротивлений. Однако при сильных возбуждениях от частиц высоких энергий кристаллы алмаза могут получить свойства полупроводников. [c.446]

Избыточные электроны (например, за счет введения атомов фосфора) находятся на энергетическом уровне, который лежит несколько ниже зоны про водимости основного вещества (например, кремния) и называется донорным уровнем примеси (рис. 56. а). Ввиду малой ширины запрещенной зоны между донорным уровнем и зоной проводимости примесные электроны легко переходят в последнюю и улучшают свойства полупроводника п-типа. [c.149]

При более детальном рассмотрении можно показать, как от вида атомов примесей, их валентности и характера размещения в кристалле зависит тип и величина проводимости и многие другие свойства полупроводников. Зная, каким образом примеси влияют на свойства полупроводников, можно получать полупроводники с заданным сочетанием свойств, сначала более тщательно очищая полупроводники от примесей, а затем вводя в них необходимые примеси в определенных количествах. При этом первоначальная очистка должна быть очень высокой. Например, для кремния или германия общее содержание примесей должно быть уменьшено до —10 %. Такая степень очистки стала возможной в результате разработки новых методов ее метода многократной кристаллизации из расплава путем последовательного расплавления кристалла и вытягивания из расплава нового монокристалла (рис. 52) и метода зонной плавки (с. 344). [c.146]

В последние годы наиболее жесткие требования к чистоте материалов предъявляет полупроводниковая техника, так как качество полупроводников определяется в основном степенью их чистоты. Без разработки методов контроля содержания примесей с чувствительностью 10- — 10- %, а в отдельных случаях,и до 10- % [2], невозможно уточнить технологию получения полупроводниковых материалов и соединений и создать надежные полупроводниковые приборы с заданными свойствами. Следует подчеркнуть, что необходимо вести контроль, правда с разной чувствительностью, на всех этапах технологического процесса —от анализа сырья до анализа готовой продукции — и не только основных полупроводниковых веществ — германия, кремния, интерметаллидов, но и исходных элементов для синтеза полупроводниковых соединений, материалов для легирования, большого числа вспомогательных материалов, реактивов и препаратов. К сожалению, до сих пор не установлена строгая корреляция между электрофизическими свойствами полупроводников [c.7]

Примесные полупроводниковые кристаллы. Германий и кремний, элементы IV основной группы Периодической системы, обладают в чистом виде низкой проводимостью. Однако они приобретают свойства полупроводников, если к ним добавить элементы III и V основных групп с приблизительно одинаковым атомным радиусом, так как в этом случае примесный центр становится электрически активным. Благодаря внедрению элементов этих групп, к примеру Р, Аз, 5Ь (V группа), в германии образуются дефекты, вызывающие появление избытка электронов. При таком замещении получаются дефекты донорного типа, так как избыточный пятый валентный электрон сурьмы связан только слегка и вблизи примесного центра образует протяженное облако отрицательного заряда, которое охватывает область приблизительно в 1000 атомов германия (рис. 10.6). Так как свободные электроны являются носителями зарядов, то речь идет о полупроводнике типа п. [c.214]

Например, чистый цирконий является одним из лучших конструкционных материалов для атомных котлов небольшая примесь гафния делает цирконий непригодным. Свойства полупроводников, в частности германия и кремния, проявляются в том случае, если они очищены от примесей других элементов. На каждые 10 миллиардов атомов германия допускается не более 1 атома примесей, а кремний должен быть еще более чистым. [c.15]

Так как германий, а в последние годы и кремний, нашли очень широкое применение в радиоэлектронике, то сейчас имеется большое число работ в периодических изданиях, посвященных получению этих веществ в чистом состоянии, исследованию их полупроводниковых свойств и т. д. Вышли из печати специальные сборники, посвященные этим полупроводникам [37—42], в которых сообщаются данные об электрических, термоэлектрических, гальваномагнитных, оптических и других свойствах элементов — полупроводников. Поэтому ниже мы приведем только сведения об основных физико-химических и электрических свойствах полупроводников этой группы. Вопросы получения и очистки будут затронуты очень кратко. [c.57]

Серое олово растворяется в разбавленных соляной, серной, азотной кислотах, а также в горячих щелочных растворах. Впервые электрические свойства серого олова были изучены по инициативе А. Ф. Иоффе [102], который предположил, что серое олово имеет свойства полупроводника, так как оно по структуре и типу связи между атомами должно быть членом ряда полупроводниковых веществ алмаз—кремний—германий. Предположение А. Ф. Иоффе оправдалось. Серое олово оказалось веществом, по свойствам завершающим ряд алмазоподобных полупроводников 1 /б подгруппы Периодической системы. [c.79]

Есть химические элементы со свойствами полупроводников, такие как кремний, германий и др. Наряду с ними, полупроводниками являются и ряд химических соединений — окислы, сульфиды и т. п. [c.222]

Свойства всех твердых тел в той или иной мере зависят от наличия примесей и других нарушений кристаллической решетки. Специфическая особенность полупроводников заключается в том, что они в тысячи и миллионы раз чувствительней к нарушениям, чем материалы иных классов. Широко известен афоризм И. Шоттки Изучение полупроводников — это исследование грязи в них . Сверхмалая концентрация чужеродных атомов может коренным образом изменить свойства полупроводника, притом не только электрические, но и (в меньшей степени) механические, химические, оптические, магнитные, тепловые. Например, чем выше чистота кремния и германия, тем они прозрачнее для инфракрасных лучей, тем больше их хрупкость, тем устойчивей они к определенным химическим агентам. Едва приметная вредная примесь резко изменяет рабочие характеристики полупроводника. [c.167]

Все электрические свойства полупроводников, из которых электропроводность является самым наглядным примером, зависят от количества носителей тока (электронов и дырок). Количество носителей тока в элементарных полупроводниках (таких, как кремний или германий) обычно определяется концентрацией элементов-примесей III и V групп. Каждый из этих элементов обеспечивает точно один электрон проводимости или дырку на один атом примеси (но не при низких температурах). Иногда другие электрически активные примеси дают непосредственно электроны или дырки. Полезная концентрация носителей тока может составлять 1 носитель на 10 атомов кристалла. Отсюда следует, что чистота исходного материала должна быть значительно выше и концентрация примесей, вводимых в материал для создания носителей тока, должна быть выше остаточных примесей. [c.26]

В виде Простых веществ углерод и кремний при комнатной температура — твердые вещества. Структура и связи в модификациях углерода обсуждались в разд. 32.2.3. По кристаллическому строенгпо кремний аналогичен алмазу. Особый интерес представляют свойства кремния как полупроводника. Температуры плавления простых веществ в группе понижаются с уменьшением энергии связи X—X. [c.555]

КАРБОРУНД (карбид кремния) Si — соединение кремния с углеродом, один из важнейших карбидов, применяемых в технике. В чистом виде К-— бесцветные блестящие кристаллы, технический К. окрашен в зеленый или сине-черный цвет, т. пл. 2830 С. Чистый К.— изолятор, в зависимости от примесей приобретает свойства полупроводника. Химически стоек, на него действуют только смесь азотной и плавиковой кислот, а также фосфорная кислота при 230 С. К. получают в электропечах прн температуре около 2000° С из смеси песка и кокса с примесью Na l и древесных опилок. К. отличается высокой огнестойкостью, теплопроводностью, термостойкостью, сопротивлением к ст1фанню. Из К- изготовляют огнестойкие изделия, футеровку, защитные замазки, нагревательные (силитовые) стержни для электропечей, плиты и покрытия D метро, на вокзалах, абразивные материалы, наждачную бу-Mai-y и многое другое. Кристаллы К. применяют в радиотехнике. [c.121]

Примесные полупроводники приобрели в настоящее время наибольшее значение. Зная, каким образом примеси влияют иа свойства полупроводников, можно получить полупроводники с заданным соче-.танием свойств. При этом первоначальная очистка вещества должна быть очень высокой. Например, для кремния или германия общее содержание примесей должно быть уменьшено до 10" —10" %. Такая степень очистки стала возможной благодаря разработке новых методов. [c.95]

В главах III—VIII основное внимание уделено электропроводности полупроводников, процессам генерации и рекомбинации носителей заряда, электрическим явлениям на поверхности полупроводников при их контакте между собой, с металлами, водными растворами и газовыми средами, а также вопросам химического травления, термодинамической устойчивости различных соединений германия и кремния и основным методам стабилизации поверхностных свойств полупроводников. [c.5]

Свойства. Кремний — кристаллическое вещество темно-серого цвета с металлическим блe кoмJ Он образует одну устойчивую аллотропную модификацию, структура которой аналогична структуре алмаза (см.рис. 9.1). В отличие от алмаза кремний является полупроводником. Это объясняется тем, что некоторые ковалентные связи между атомами достаточно легко разрушаются, что обусловливает некоторую подвижность электронов в кристалле. [c.177]

Галлий используют для легирования германия и кремния и для получения полупроводниковых соединений. Интерметаллические соединения галлия (ОаАз, ОаЗЬ и ОаР) сохраняют свойства полупроводников при повышенных температурах, что обеспечивает их использование в высокотемпературных термоэлементах [II16, 1117]. [c.10]

МИ. Например, некристаллический кремний со свойствами полупроводника можно получить быстрой конденсацией продуктов, образуюпщхся в тлеющем разряде в атмосфере газообразного силана, 51Н4. Из этого материала можно изготавливать дешевые солнечные батареи. Рабочие параметры таких батарей в значительной степени зависят от примесей водорода, химически связанного с неупорядоченно расположенными атомами кремния. Неорганические неметаллические стекла используются для изготовления оптического стекловолокна и как оболочка твердотельных электрических цепей. [c.91]

Алюминий и особенно галлий и индий склонны образовывать соединения с элементами V группы в соотношении 1 1, так называемые соединения А" В , например GaAs. Эти соединения обладают свойствами полупроводников, подобно кремнию и германию [c.289]

По аналогии с соединенк ями свинца, производные трехвалентного таллия должны обладать свойствами окислителей. Один из элементов третьей группы, бор, неметалл. Он имеет большее сходство с кремнием, чем с ниже его расположенным в группе элементом — алюминием. В частности, занимая во П периоде место на границе между типичными металлами и неметаллами, бор, как и кремний, является полупроводником. [c.383]

В книге изложены основы химии полупроводников, включая представления о зонах валентной, проводимости, природе химической связи, нарушении стехиометрического состава и фазовых свойствах полупроводников, а также физико-химический анализ полупроводниковых систем. Описаны методы получения поли- и монокристаллов полупроводниковых материалов, их химические, физико-химические, зласгрические и оптические свойства. Наряду с элементарными по гу-проводш1ками (германием, кремнием и др.) подробно исследуются многочисленные бинарные полупроводниковые соединения, а такж некристаллические полупроводники (стеклообразные и жидкие). 05-суждены современные методы очистки и контроля чистоты полупроводниковых материалов, а также рассмотрены- процессы травления полупроводников. [c.2]

Кристаллы SijN бесцветны, проявляют полупроводниковые свойства (Д = 3,9 эВ). Нитрид кремния используют в качестве химически стойкого и огнеупорного материала, в создании коррозионностойких и тугоплавких сплавов, в качестве высокотемпературного полупроводника. [c.420]

В периодической системе нет резкой границы между элементами с металлической структурой и элементами с ковалентной каркасной структурой (рис. 14-8). Это видно из того, что кристаллы некоторых элементов обладают свойствами, промежуточными между проводниками и изоляторами. Кремний, германий и а-модификация олова (серое олово) обладают кристаллической структурой алмаза. Однако межзонная щель между заполненной и свободной зонами в этих кристаллах намного меньше, чем для углерода. Так, ширина щели для кремния составляет всего 105 кДж моль (Как мы уже знаем, для углерода она равна 502 кДж моль .) Для германия ширина межзонной щели еще меньше, 59кДж моль а для серого олова она лишь 7,5 кДж моль Ч Металлоиды кремний и германий называются полупроводниками. [c.631]