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.