Полупроводниковые материалы

Особенности полупроводниковых материалов

Полупроводники делятся на:

• простые, состав которых образован атомами одного химического элемента;
• сложные, состав которых образован атомами двух и более химических элементов.

В полупроводниковых материалах носителями зарядов, которые обусловливают электрическую проводимость, являются электроны и дырки проводимости. Полупроводник, в котором нет примесей, как-то влияющих на его электропроводность называется собственным полупроводником. Его электропроводность в равновесном состоянии обусловлена электронами проводимости и дырками проводимости, чьи концентрации равны. У примесного полупроводника электропроводность определяется составом примесей в нем. В дырочных полупроводниках электропроводность зависит от примесей и перемещения в пространстве дырок проводимости. Проводимость электронного полупроводника, как правило, обусловлена электронами проводимости. От других классов твердых материалов, полупроводниковые материалы отличаются следующими специфическими особенностями:

• удельная проводимость меньше, чем у металла, но больше, чем у изоляторов;
• полупроводники обладают положительным температурным коэффициентом электропроводности, то есть с увеличением температуры возрастает их электропроводность;
• высокая термоэлектродвижущая сила, по сравнению с металлами;
• наличие эффекта выпрямления электрического тока;
• резкое изменение физических свойств под воздействием малых концентраций примесей.

Основные полупроводниковые материалы

Полупроводниковые материалы составляют существенную часть материалов, которые отличаются друг от друга многообразием электрических и физических свойств, а также химическим составом. По химическому составу полупроводниковые материалы делятся на следующие основные группы:

1. Кристаллические полупроводниковые материалы, которые построены из молекул и атомов одного элемента. К таким материалам относятся кремний, селен, германий, карбид кремния и одноатомные вещества, вводимые в основные материалы в качестве активных примесей: галлий, фосфор, олово, мышьяк, бор, индий.
2. Окисные кристаллические полупроводниковые материалы, то есть материалы, которые состоят из окислов металлов. Основными материалами данной группы являются окись никеля, закись меди, окись кадмия, двуокись титана, окись цинка. В эту группу материалов также входят те материалы, которые изготавливаются на основе титаната стронция, цинка, бария, и прочие неорганические соединения с различными добавками.
3. Кристаллические полупроводниковые материалы на основе соединений атомов пятой и третьей групп периодической таблицы. К данным материалам относятся антимониды алюминия, индия, галлия - соединения сурьмы с индием, галлием и алюминием. Такие материалы еще называют интерметаллическими соединениями.
4. Кристаллические полупроводниковые материалы, основой для которых являются с одной стороны кадмий, свинец и медь, а другой стороны - селен, теллура и сера. Данные вещества получили названия теллуриды, сульфиды, селениды.

По кристаллической структуре полупроводниковые материалы могут быть разделены на две группы. Первая группа материалов изготавливается в виде монокристаллов. Из таких кристаллов потом вырезаются пластинки определенных размеров по определенным кристаллическим направлениям, которые используются в фотоэлементах, усилителях и выпрямителях. Самыми распространенными монокристаллическими полупроводниковыми материалами являются кремний и германий. Сравнительно недавно разработаны методы для получения монокристалла из карбида кремния. Другая группа полупроводниковых материалов являются смесью большого количества маленьких кристаллов, которые беспорядочно спаяны с друг другом. Данные материалы называются поликристаллическими. Самыми распространенными являются карбид кремния, селен и материалы, которые изготавливаются и окислов посредством методов керамической технологии.

В последние годы наблюдается увеличение производства полупроводниковых приборов. По распространению они делятся на две группы: приборы массового производства и серийного производства. К массовому производству относятся диоды, триоды, терморезисторы, фоточувствительные элементы, нелинейные резисторы, преобразовательные элементы. Ко второй группе моно отнести излучатели, термоэлектрические приборы и тензометры.