Поиск по сайту


Каталог учебных материалов

Свежие работы в разделе

Наша кнопка

Разместить ссылку на наш сайт можно воспользовавшись следующим кодом:


Контакты

Если у вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь на email администратора: admin@kazreferat.info

Материаловедение полупроводников

Узнать стоимость написания работы

Необходимость получения материалов, обладающих специальными свойствами, выдвигают перед наукой задачу дальнейшего развития физики и химии твердого тела, призванных разрабатывать научные основы создания новых конструкционных материалов с заданными свойствами.

Успех развития полупроводниковой техники и связанных с ней отраслей (электроники, энергетики и др.) в значительной мере определяются достижениями в области разработки и получения полупроводниковых сплавов с определенными стабильными электрофизическими, механическими и другими свойствами. Поэтому разработка вопросов, связанных с получением полупроводниковых материалов, обладающих определенным комплексом свойств, т. е. тех вопросов, круг и задачи которых составляет предмет материаловедения полупроводников, являются одной из важнейших задач науки и техники.

Только после того, как Ge и Si удалось значительно очистить от сопутствующих примесей и получить в виде монокристаллов, были обнаружены их новые свойства, которые определили основное направление работ по полупроводниковым материалам [1].

В качестве примера влияния степени чистоты материала на его свойства можно привести данные [2]. Температура и плавление Al по мере увеличения степени его чистоты изменяется следующим образом: при 99,2 и 99,5% Al температура плавления ( Тпл ) равна соответственно 930 и 931 К. При содержании основного вещества 99,6% Тпл = 931,7 К, а для 99,97%-ного Al температура плавления равна 932,8 К. В случае Al, содержащего 99,996% основного вещества Тпл = 933,24 К.

Так же сильно зависит от степени чистоты Al и его плотность ( d ): при 99,25% Al d = 2,727; 99,40% Al - d = 2,706; 99,75% Al - d = 2,703; 99,971% Al - d = 2,6996; 99,996% Al - d = 2,6989 г/см3.

Подобным образом зависит температура рекристаллизации предварительного деформированного Al от степени его чистоты: 99,99% Al - Трекр = 373 К; 99,999% Al - Трекр = комнатной температуре; алюминий чистотой 99,9992% и деформированный при температуре жидкого азота, рекристаллизуется при Т = 223 К. К тому же, с повышением чистоты Al увеличивается его электропроводность, отражательная способность, пластичность и коррозионная стойкость.

Отличительной чертой полупроводников является их очень сильная чувствительность к незначительным внешним воздействиям - температуре, электрическому и магнитному полям, гидростатическому давлению, свету и т. д. [3].

Типичными представителями полупроводников являются германий и кремний. Тем не менее сами по себе эти материалы с собственным сопротивлением не могут быть использованы в технике для создания полупроводниковых приборов [1]. В этом случае предварительно очищенный материал легируют различными электроактивными примесями, сообщающими полупроводнику тот или иной тип проводимости и определенные электрические характеристики. В связи с этим возникла проблема изучения растворимости различных элементов в полупроводниках (Ge, Si, соединения АIIIBV, AIIBVI, AIVBVI и т.д.) и детального построения диаграмм состояния типа полупроводник-легирующий элемент.

При создании полупроводниковых сплавов в некоторых случаях в основной материал вводят несколько легирующих элементов. В таких случаях наличие легирующего элемента одного типа может оказать существенное влияние на поведение элемента другого типа в связи с возможностью химического взаимодействия между ними [4, 5]. В этой связи потребовалось установить закономерности поведения легирующих компонентов при получении сложнолегированных полупроводниковых сплавов.

В разработке общей проблемы легирования полупроводников и получения полупроводниковых сплавов на их основе выделяют три основных направления [1]:

исследование растворимости легирующих элементов и построение соответствующих диаграмм состояния как двойных, так и тройных систем;

изучение взаимодействия между легирующими компонентами как в твердых, так и в жидких растворах на основе полупроводников;

разработка рациональных методов легирования и термообработки с целью получения сплавов, обладающих необходимым комплексом электрофизических и физико-химических свойств.

Высокая химическая активность и диссоциация ряда полупроводниковых соединений, усложнение их состава (многокомпонентные полупроводники, например, GaxIn1-xP, GaPyAs1-y и т.д.), наличие легирующих примесей , изменение типа химической связи и структуры ближнего порядка при плавлении ставят новые вопросы перед физико-химическим анализом. Наличие двух- и трехкомпонентных полупроводниковых соединений привело к необходимости анализа в рамках трех-, четырехкомпонентных систем так называемых квазибинарных, квазитройных и т.д. систем, что, учитывая наличие определенной степени диссоциации, делает проблематичным само введения таких понятий [6]. Данное положение находит свое проявление и в наблюдаемом для ряда полупроводниковых систем несоответствии между квазибинарным характером диаграмм состояния систем и диаграммами состав-свойство. Кроме того, значительные элементы в проблему гетерогенных равновесий вносит и наличие областей гомогенности на основе полупроводниковых соединений. Термодинамический подход к описанию и анализу гетерогенных равновесий дает возможность не только оценить положение линий (поверхностей) фазавого равновесия в системе или значение термодинамических характеристик процессов плавления (кристаллизации) и смешение (растворение), но и дает возможность выявить природу поведения химических компонентов и характер их взаимодействия в полупроводниковых системах.

Развитие полупроводниковой опто- и микроэлектроники привело к широкому использованию полупроводниковых соединений. Взаимодействие различных соединений друг с другом приводит к образованию твердых растворов, что дает возможность путем изменения состава раствора получать материалы с наперед заданными свойствами.

Расчеты процессов кристаллизации легированных монокристаллов полупроводников основываются на знании элемента между твердой и жидкой фазами, который непосредственно вытекает из диаграммы состояния полупроводник-легирующий элемент [1, 7, 8]. При этом нужно исходить из того, что коэффициент распределения является таким параметром, анализ которого позволит установить физико-химическую природу взаимодействия между компонентами [8, 9].

Довольно сложно решается задача воспроизводимого легирования полупроводниковых соединений с целью получения кристаллов с необходимыми свойствами. Это связано с тем, что сами задаваемые свойства варьируются в очень широких пределах и при этом, как правило, необходимо выращивать такие кристаллы с определенным сочетанием различных свойств (например, оптических и электрофизических) с учетом высокой однородности распределения последних в объеме. Более того, многие примеси в полупроводниковых соединениях обнаруживают довольно сложное поведение, а, следовательно, правильный выбор оптимальной легирующей добавки зависит в этом случае от результатов предварительных исследований влияние примесей на электрофизические и оптические свойства таких кристаллов [10].

Изменение химического состава по-разному влияет на свойства в зависимости от того, какими изменениями в фазовом составе оно сопровождается. Следовательно, важно не только знать какие фазы образуются при взаимодействии элементов, но и уметь прогнозировать фазовый состав и пути воздействия на него. При внешнем воздействии можно получить фазовые состояния с различной степенью отклонения от равновесного, что дает дополнительные возможности для управления свойствами [11].

Точечные дефекты, дислокации, дефекты упаковки и другие нарушения структуры, управляют процессами диффузии, а также влияют на электрические, тепловые и другие свойства кристаллов. Без достаточно глубокого понимания дефектов кристаллической структуры и знания процессов их влияния на свойства полупроводниковых материалов невозможно использование полезных свойств таких кристаллов и тем более получение кристаллов с наперед заданными свойствами [12]. К настоящему времени в изучении дефектов накоплен большой материал, причем их изучение позволило не только выявить целый ряд новых, ранее не известных явлений, но и выработать рекомендации по управлению свойствами полупроводниковых материалов.

Подводя итоги сказанному выше можно заключить, что материаловедение полупроводников - это научная дисциплина, изучающая закономерности образования металлических и полупроводниковых фаз (элементарных веществ, растворов, соединений, сплавов), в равновесных и неравновесных условиях, влияние химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов фаз на свойства материалов, а также разрабатывающая научные и практические пути воздействия на их фазовый состав, структуру и физико-химические свойства.

Список литературы

Глазов В. М., Земсков В. С. Физико-химические основы легирования полупроводников. -М.: Наука, 1967. -С. 371.

Беляев А. И. Физико-химические основы очистки металлов и полупроводниковых материалов. -М.: Металлургия, 1973. -С.224.

Фистуль В. И. Физика и химия твердого тела. Т. 2. -М.: Металлургия, 1995. -С. 320.

Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках. -М.: Мир, 1977. -С. 562.

Самсонов Г. В., Бондарев В. Н. Германиды. -М.: Металлургия, 1968. -С. 220.

Уфимцев В. Б., Лобанов А. А. Гетерогенные равновесия в технологии полупроводниковых материалов. -М.: Металлургия, 1981. -С. 216.

Пфанн В. Зонная плавка. -М.: Мир, 1970. -С. 366.

Нисельсон Л. А., Ярошевский А. Г. Межфазовые коэффициенты распределения. Равновесия кристалл-жидкость и кристалл-пар. -М.: Наука, 1992. -С. 390.

Вигдорович В. Н., Вольпян А. Е., Курдюмов Г. М. Направленная кристаллизация и физико-химический анализ. -М.: Химия, 1976. -С. 198.

Мильвидский М. Г., Пелевин О. В., Сахаров Б. А. Физико-химические основы получения разлагающихся полупроводниковых соединений. -М.: Металлургия, 1974. -С. 392.

Горелик С. С., Дашевский М. Я. Материаловедение полупроводников и металловедение. -М.: Металлургия, 1973. -С. 496.

Левицкий Ю. Т. Макроскопические дефекты кристаллической структуры и свойства материалов. -М.: Наука, 1988. -С. 200.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://kristall.lan.krasu.ru/

Другие материалы

  • Основы материаловедения
  • ... воздуха и воды, щелочей и кислот, растворим в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода. Применение находят сплавы германия и стёкла на основе диоксида германия. Соединения германия: Неорганические. ·  Гидриды Герман GeH4 Дигерман Ge2H6 Тригерман Ge3H8 ·  Оксиды Оксид ...

  • Органические полупроводники
  • ... каждая за свою часть спектра — красную, синюю, зеленую. Основные усилия разработчиков направлены в настоящий момент на улучшение характеристик органических полупроводников. Успехи более чем впечатляют: хотя в синем спектре последние перспективные OLED материалы и остаются наименее долговечными, тем ...

  • Алмазоподобные полупроводники
  • ... и ртути. Среди них можно выделить сульфиды, селениды и теллуриды. В эту группу не входят окислы указанных металлов. Являясь алмазоподобными полупроводниками, соединения типа АII ВVI кристаллизуются в структуре цинковой обманки кубического (сфалерит) или гексагонального (вюрцит) типа. Химическая ...

  • Материаловедение
  • авляют особый интерес при оценке качества трансформаторного масла, а также растворителей, применяемых в производстве электроизоляционных лаков. Вопрос о наивысшей допустимой рабочей температуре решается на основании тщательного изучения кратковременной и длительной нагревостойкости материала с ...

  • Конспект лекций по материаловедению
  • вуют и линейные дефекты. В этом случае искажение кристаллической решетки захватывает не одну элементарную ячейку, а ряд соседних (дислокации и двойники). У аморфного тела определенный порядок расположения атомов соблюдается только в пределах элементарной ячейки – ближний порядок. Аморфное ...

  • История развития криоэлектроники
  • ... автономных приборов с корпусом-криостатом.     Часть 2 Основные направления криоэлектроники Каждое новое направление в науке и технике имеет свою историю развития. Есть своя история и у криоэлектроники, которая с первых же шагов открыла пути создания принципиально новых ...

  • Легирование полупроводниковых материалов
  • ... выступает высокая однородность распределения примесей в кристалле. Метод радиационного легирования также находит все большее применение и для легирования других полупроводниковых материалов. Так, им осуществляют легирование Ge галлием и мышьяком, InSb оловом, GaAs германием и селеном и т. д.   ...

  • Исследование твердых электролитов
  • ... ионного транспорта в них. В чистом виде такие закономерности наиболее четко прослеживаются при исследовании монокристаллических твердых электролитов. В то же время при использовании твердых электролитов в качестве рабочих сред функциональных элементов необходимо учитывать, что нужны материалы ...

  • Полупроводниковые материалы в металлургии
  • ... газы и летучие соединения. Откачка длится от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от времени плавки. Высокую степень чистоты полупроводниковых материалов получают возгонкой или сублимацией. Этот метод основан на способности некоторых твёрдых веществ переходить в парообразное состояние ...

  • Кристаллы в природе
  • ... для каждого такого вида.   II Силы  взаимодействия  и  строение кристаллов2.1.Природа сил связи в кристаллах. Различные типы кристаллов и возможное расположение узлов (точка, относительно которой атом (молекула) ...

  • Особенности получения новых материалов с применением нанотехнологий
  • ... рынка нанотехнологической продукции измеряется в миллиардах долларов (пока этот рынок составляют главным образом новые материалы и порошки, улучшающие свойства материалов), а к 2015 году, по прогнозам западных специалистов, он превысит $1 трлн [[33]]. В недалеком будущем экономическое, военное, ...

  • История развития электроники
  • ... и отрицательному коллектору. Для n-p-n – обратные полярности т.е. отрицательный эмиттер и положительный коллектор.  Изобретение транзисторов явилось знаменательной вехой в истории развития электроники и поэтому его авторы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли были удостоины нобелевской премии ...

  • Цветные металлы: классификация, области применения. Металлические проводниковые и полупроводниковые материалы, магнитные материалы
  • ... в год получали около 8 тысяч тонн легкого металла, то через сто лет объем его производства достиг 24 миллионов тонн. 2.         Металлические проводниковые и полупроводниковые материалы, магнитные материалы   2.1 Классификация электротехнических ...

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru
Рефераты и материалы размещенные на сайте принадлежат их законным правообладателям. При использовании материалов сайта, ссылка на KazReferatInfo обязательна!
Казахстанские рефераты
Copyright © 2007-2016г. KazReferatInfo