.

Полупроводниковые материалы

Полупроводниковые материалы
  
Полупроводниковыми материалами являются твердые кристал­лические вещества с электронной проводимостью, которые по удель­ному электрическому сопротивлению при нормальной температуре занимают промежуточное положение между проводниками (металлами) и диэлектриками (изоляторами)
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.

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

К простым полупро­водникам относят германий, кремний, селен и другие элементы, основные параметры которых: приведены в табл.

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.