Основные характеристики изучаемых материалов

Кристаллическая решетка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм, твердость кремния значительно меньше, чем алмаза. Плотность кремния 2,33 кг/дм³. Температура плавления 1410°C, температура кипения 2355°C. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800°C он становится пластичным веществом. Интересно, что кремний прозрачен к инфракрасному (ИК)-излучению.

Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре 1,09 эВ. Концентрация носителей тока в кремнии с собственной проводимостью при комнатной температуре 1,5·10¹⁶ м^-3. На электрофизические свойства кристаллического кремния большое влияние оказывают содержащиеся в нем микропримеси. Для получения монокристаллов кремния с дырочной проводимостью в кремний вводят добавки элементов III-й группы — бора, алюминия, галлия и индия, с электронной проводимостью — добавки элементов V-й группы —фосфора, мышьяка или сурьмы. Электрические свойства кремния можно варьировать, изменяя условия обработки монокристаллов, в частности, обрабатывая поверхность кремния различными химическими агентами.

Химически кремний малоактивен. При комнатной температуре реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния SiF₄. При нагревании до температуры 400-500°C кремний реагирует с кислородом с образованием диоксида SiO₂, с хлором, бромом и иодом — с образованием соответствующих легко летучих тетрагалогенидов SiHal₄.

С водородом кремний непосредственно не реагирует, соединения кремния с водородом — силаны с общей формулой Si_nH_2n+2 — получают косвенным путем. Моносилан SiH₄ (его часто называют просто силаном) выделяется при взаимодействии силицидов металлов с растворами кислот. Образующийся в этой реакции силан SiH₄ содержит примесь и других силанов, в частности, дисилана Si₂H₆ и трисилана Si₃H₈.

С азотом кремний при температуре около 1000°C образует нитрид Si₃N₄, с бором — термически и химически стойкие бориды SiB₃, SiB₆ и SiB₁₂. Соединение кремния и его ближайшего аналога по таблице Менделеева — углерода — карбид кремния SiС (карборунд) характеризуется высокой твердостью и низкой химической активностью. Карборунд широко используется как абразивный материал. При нагревании кремния с металлами возникают силициды.

В промышленности кремний получают, восстанавливая расплав SiO₂ коксом при температуре около 1800°C в дуговых печах. Чистота полученного таким образом кремния составляет около 99,9%. Так как для практического использования нужен кремний более высокой чистоты, полученный кремний хлорируют. Образуются соединения состава SiCl₄ и SiCl₃H. Эти хлориды далее очищают различными способами от примесей и на заключительном этапе восстанавливают чистым водородом. Возможна также очистка кремния за счет предварительного получения силицида магния Mg₂Si. Далее из силицида магния с помощью соляной или уксусной кислот получают летучий моносилан SiH₄. Моносилан очищают далее ректификацией, сорбционными и др. методами, а затем разлагают на кремний и водород при температуре около 1000°C. Содержание примесей в получаемом этими методами кремнии снижается до 10^-8-10^-6% по массе. Промышленностью выпускается кремний различных марок. Поликристаллический кремний имеет удельное сопротивление от 10 до 130 Ом.*см и изготовляется в виде стержней различных размеров. Из поликристаллического кремния получают монокристаллический кремний. Монокристаллический кремний общего назначения КЭФ и КДБ (К – кремний, Э и Д – электронного и дырочного типов электропроводности, Ф, Б, С и З – легированный фосфором, бором, сурьмой и золотом) выпускается пятнадцати групп.

Преимущественно используется для производства одиночных электронных приборов (нелинейные пассивные элементы электрических схем) и однокристальных микросхем, является основным сырьевым материалом для солнечной энергетики. Верхний диапазон температур при использовании приборов на основе кремния достигает 270 ⁰С, а нижний предел – минус 70⁰С.

Германий (Ge) - чистый германий бело-серого цвета, обладает металлическим блеском, довольно твёрд. Механическая обработка германия затруднена, а на обычных токарных, фрезерных и сверлильных станках вообще невозможна из-за его хрупкости. Поэтому германий обрабатывают алмазными и абразивными инструментами.

Кристаллическая решетка устойчивой модификации Ge, кубическая, гранецентрированная типа алмаза, а = 0,533 нм (при высоких давлениях получены три другие модификации). Температура плавления 938,25 °C, кипения 2850 °C, плотность 5,33 кг/дм³. Обладает полупроводниковыми свойствами, ширина запрещенной зоны 0,66 эВ (при 300 К). Германий прозрачен для инфракрасного излучения с длиной волны больше 2 мкм.

По химическим свойствам Ge напоминает кремний. При обычных условиях устойчив к кислороду, парам воды, разбавленным кислотам. В присутствии сильных комплексообразователей или окислителей, при нагревании Ge реагирует с кислотами.

При нагревании на воздухе до 700 °C Ge загорается. Ge легко взаимодействует с галогенами и серой.

С водородом, азотом, углеродом германий непосредственно в реакции не вступает, соединения с этими элементами получают косвенным путем. Например, нитрид Ge₃N₄ образуется при растворении дииодида германия GeI₂ в жидком аммиаке.

Для получения германия используют побочные продукты переработки руд цветных металлов, золу от сжигания углей, некоторые продукты коксохимии. Сырье, содержащее Ge, обогащают флотацией. Затем концентрат переводят в оксид GeO₂, который восстанавливают водородом.

Германий полупроводниковой чистоты с содержанием примесей 10^-3 -10^-4% получают зонной плавкой, кристаллизацией или термолизом летучего моногермана GeH₄

В производстве полупроводниковых приборов и микросхем используют германий электронного и дырочного типа проводимости, обладающий удельным сопротивлением от 0,0001 до 45 Ом.*см. Промышленностью выпускается германий различных марок, легированный галлием ГДГ-3, сурьмой ГЭС-0,16, золотом ГДЗ-0,6, мышьяком ГЭМ-0,005. В маркировке германия буквы обозначают: Г - германий, Д и Э - тип электропроводности (дырочный, электронный), З, Г, С и М - легирующая примесь (золото, галлий, сурьма, мышьяк). Цифра, стоящая после буквы, указывает удельное электрическое сопротивление материала. Тип электропроводности и удельное сопротивление германия определяются количеством введённых акцепторных и донорных примесей. Пластины из германия применяются для создания дискретных диодов и транзисторов для гибридных ИМС и микросборок. Подвижность носителей заряда (электронов и дырок) в германии значительно выше, чем в кремнии, поэтому германиевые транзисторы по сравнению с кремниевыми при прочих равных условиях будут более высокочастотными. Из-за сравнительно малой ширины запрещённой зоны (0,66 эВ при Т=27⁰С) предельная рабочая температура составляет лишь 70-80⁰С, а устойчивая работа германиевых приборов возможна только при температурах на 20% меньших верхнего предела (из-за высокого температурного коэффициента ширины запрещённой зоны). Главные недостатки германия - неприменимость в планарной технологии из-за низкой температуры плавления, а вследствие этого и низкой скорости диффузии и отсутствия собственного стабильного окисла. В связи с этим германий не пригоден для массового производства ИМС.

Карбид кремния (SiC)-Чистый карбид кремния стехиометрического состава — бесцветные кристаллы с алмазным блеском. Технический SiC может иметь разнообразную окраску: белую, серую, желтую, зеленую и черную. Цвет материала зависит от сырья и технологии получения кристаллов и определяется как типом и количеством примеси, так и степенью отклонения состава от стехиометрического. Карбид кремния кристаллизуется в двух модификациях: при температурах менее 2000^оС — в кубической типа сфалерита (β−SiC), и при более высоких температурах — в гексагональной (α−SiC).

Карбид кремния — единственное полупроводниковое бинарное соединение А^IVВ^IV. Тип связи — ковалентный, доля ионной составляющей порядка 10%. Ширина запрещенной зоны для кристаллов SiC составляет 2,39 эВ, для различных модификаций SiC ширина запрещенной зоны может иметь значение в пределах от 2,72 до 3,34 эВ. Большие значения ширины запрещенной зоны позволяют создавать на его основе полупроводниковые приборы, сохраняющие работоспособность при температурах до 600^оС. Собственная электропроводность из-за большой ширины запрещенной зоны наблюдается лишь при температурах выше 1400^оС. Подвижность носителей заряда низкая. Монокристаллы карбида кремния, легированные примесями элементов V группы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут), а также литием и кислородом имеют n-тип проводимости и зеленую окраску. Элементы III группы (бор, алюминий, галлий, индий) и элементы II группы (бериллий, магний, кальций) являются акцепторами. При этом кристаллы имеют p-тип проводимости и голубую или черную окраску. В случае отклонения состава от стехиометрического в сторону кремния кристаллы обладают электропроводностью n-типа, в случае избытка углерода — p-типа.

Карбид кремния тугоплавок (t_пл 2830°С), химически стоек, по твердости уступает лишь алмазу и нитриду бора: твердость по МООСу — 9,1 — 9,5; микротвердость 3300-3600 кгс/мм². Карбид кремния обладает высокой термической, химической и радиационной стойкостью, выделяется своей устойчивостью к окислению среди многих окалиностойких сплавов и химических соединений. Заметно окисляется только при температурах выше 800^оС. Он не реагирует с минеральными кислотами любых концентраций, включая и плавиковую кислоту. При комнатной температуре химически взаимодействует с ортофосфорной и кислотой и смесью азотной и фтористоводородной кислот при температуре 200^оС.

Вплоть до 1100^оС с карбидом кремния совершенно не взаимодействует азот. Инертен он также в среде водорода и углекислого газа. В среде хлора теряет устойчивость при сравнительно низких температурах.

Поликристаллический карбид кремния получают в электрических печах при температуре 1800-2300^оС путем восстановления двуокиси кремния углеродом. В качестве сырья при производстве технического карбида кремния используется кварцевый песок с минимальным содержанием примесей и малозольный кокс или антрацит, или нефтяной кокс.

Используют методы выращивания кристаллов SiC из газовой фазы или из растворов в расплаве. Большое распространение получил метод сублимации. В этом методе рост кристаллов карбида кремния происходит из газовой фазы в графитовых тиглях в атмосфере инертных газов при температуре 2500-2600^оС. Эпитаксиальные слои и твердые растворы на основе карбида кремния можно получать всеми известными методами, используемыми в полупроводниковой технологии. Технология формирования структур карбида кремния на подложках кремния принципиально не отличается от процессов получения кремниевых пленок.

Монокристаллический SiC используют для изготовления радиационностойких светодиодов, обладающих очень высокой надежностью и стабильностью работы. Его можно использовать для изготовления высокотемпературных силовых полупроводниковых приборов, полевых транзисторов, туннельных диодов, счетчиков частиц высокой энергии, терморезисторов.

Из поликристаллического SiC выращивают монокристаллы или путем дробления получают порошки. Поликристаллический SiC используют в производстве нелинейных резисторов. Производят высокотемпературные нагреватели, ингитронные поджигатели и волноводные поглотители, а на основе пленок аморфного SiC — светодиоды и солнечные элементы. SiC является перспективным полупроводниковым материалом для высокотемпературной и высокочастотной электроники.

Находит широкое применение в качестве огнеупора в металлургической промышленности. Применяется в машиностроении для футеровки термических печей; в химическом аппаратостроении. Используется для изготовления коррозионно- и эрозионностойких сопельных вставок, насадок и распылителей; для изготовления деталей теплообменной аппаратуры и деталей насосов для перекачки кислых растворов и других коррозионноактивных жидкостей. Интересно использование карбида кремния в электротехнике - для изготовления нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления (силитовые стержни), грозоразрядников для линий передачи электрического тока, нелинейных сопротивлений, в составе электроизолирующих устройств и т. д.

Благодаря высокой твердости, химической устойчивости и износостойкости карбид кремния широко применяется как абразивный материал, для резания твердых материалов, точки инструментов.

Соединения типа А^IIIB^V образуются в результате взаимодействия элементов III группы (бора, алюминия, галлия, индия) с элементами V группы (азотом, фосфором, мышьяком, сурьмой). Атомы элементов II группы способны замещать атомы элементов III группы, а атомы элементов VI группы - атомы элементов V группы и проявлять донорные свойства. Наиболее часто в качестве акцепторных элементов используют цинк и кадмий, а в качестве донорных - селен и теллур. В полупроводниковом производстве наиболее часто применяют арсениды, фосфиды и антимониды галлия и индия.

Арсенид галлия (GaAs) - тёмно-серое вещество с металлическим блеском и фиолетовым оттенком. GaAs один из основных полупроводниковых материалов, относящийся к классу соединений A^IIIB^V. Благодаря удачному сочетанию свойств занимает второе место по своему значению в современной электронной технике.

Кристаллы арсенида галлия кристаллизуются в решетке сфалерита. Постоянная решетки при 300К равна 5,6533 А, расстояние между ближайшими соседними атомами — 2,45 А; относительная молекулярная масса — 144,63; число атомов в 1 см³ — 4,42·10²²; плотность GaAs в твердом состоянии — 5,32 г/см³, в жидком состоянии — 5,71 г/см³; температура плавления t_пл= 1238^оС; равновесное давление паров мышьяка в точке плавления ~ 1^.10⁵ Па (0,98 атм), что в значительной мере усложняет технологию его получения. Твердость по минералогической шкале — 4,5; температурный коэффициент линейного расширения t^.=6,410⁶ К^-1; ширина запрещенной зоны — 1,43 эВ; диэлектрическая проницаемость статическая — 12,9, высокочастотная — 10,89.

Электрофизические свойства нелегированного арсенида галлия в сильной степени зависят от состава и концентрации собственных точечных дефектов, концентрации фоновых примесей и режимов термообработки слитков. Для получения монокристаллов n- и p-типа проводимости с заданной концентрацией носителей заряда используют легирование электрически активными примесями. Основными легирующими примесями при получении монокристаллов n-типа являются S, Se, Te, Si, Sn, а при получении монокристаллов p-типа — Zn.

Арсенид галлия не взаимодействует с водой, но активно разлагается под действием кислот с выделением токсичного арсина. Удельная скорость растворения арсенида галлия существенно возрастает в смесях кислот. При нагреве на воздухе до 300 ^оС арсенид галлия не окисляется. Арсенид галлия относится к числу разлагающихся соединений. Начиная с 600 ^оС, разлагается с выделением мышьяка. Расплавленный арсенид галлия очень активен и взаимодействует практически со всеми известными материалами, используемыми для изготовления контейнеров.

Одной из основных технологических характеристик GaAs является плотность дислокаций N_D. Характер распределения и величина плотности дислокаций оказывает влияние на рабочие параметры изготавливаемых на его основе приборов. В производстве светодиодов применяют кристаллы с N_D (5-10)^.10³см^-2, в производстве лазеров — с N_D 5^.10²см^-2. Присутствие дислокаций в активных областях светоизлучательных структур, изготовленных на сильно легированных пластинах GaAs n- и p-типа проводимости, приводит к быстрой деградации характеристик прибора. В связи с этим низкая плотность дислокаций является основным требованием к материалу. Характер распределения дислокаций и их плотность влияют также на распределение параметров СВЧ-приборов по площади пластины нелегированного полуизолирующего ПИ-GaAs. Это связано с перераспределением собственных точечных дефектов вблизи дислокаций.

В промышленном производстве монокристаллов GaAs используются три метода выращивания:

— метод Чохральского с жидкостной герметизацией расплава слоем борного ангидрида, используется, в основном для получения нелегированного ПИ-GaAs;

— метод горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК) в вариантах «по Бриджмену» или «кристаллизации в движущемся градиенте температуры», используется для получения кристаллов n-типа проводимости, легированных Si;

- метод вертикальной направленной кристаллизации в тех же двух вариантах, используется для получения как легированных донорными примесями кристаллов, так и для получения нелегированного арсенида галлия.

Основное применение имеет:

1) нелегированный полуизолирующий (ПИ) GaAs с высоким удельным сопротивлением (10⁷ Ом^.см). Используется при изготовлении высокочастотных интегральных схем (ИС) и дискретных микроэлектронных приборов. Помимо высокого удельного сопротивления монокристаллы нелегированного GaAs, применяемые в производстве высокочастотных приборов, должны иметь высокие значения подвижности носителей заряда и высокую макро- и микроскопическую однородность распределения свойств как в поперечном сечении, так и по длине выращенных слитков.

2) Сильнолегированный кремнием GaAs n-типа проводимости с низкой плотностью дислокаций. Применяется при изготовлении светодиодов и лазеров. Монокристаллы сильно легированного кремнием (10¹⁷-10¹⁸ см^-3) GaAs, помимо высокой проводимости, должны обладать достаточно совершенной кристаллической структурой. Они широко используется в оптоэлектронике для изготовления инжекционных лазеров, свето- и фотодиодов, фотокатодов, являются прекрасным материалом для генераторов СВЧ-колебаний (так называемых генераторов или Диодов Ганна). Применяются для изготовления туннельных диодов, способных работать при более высоких температурах, чем кремниевые, и на более высоких частотах, чем германиевые.

3) Монокристаллы полуизолирующего арсенида галлия, легированные хромом, используют в инфракрасной оптике.

4) Монокристаллы GaAs, легированные цинком или теллуром, применяют в производстве оптоэлектронных приборов

5) Входит в состав многих тройных и четверных твердых растворов.

Фосфид галлия (GaP) - оранжевые прозрачные пластины. Фосфид галлия принадлежит к перспективным полупроводниковым материалам. Они имеют самую большую ширину запрещённой зоны и низкую подвижность носителей зарядов, что позволяет создавать приборы с рабочей температурой p-n перехода до 500⁰ С. Фосфид галлия применяют для создания полупроводниковых светоизлучающих приборов видимого диапазона (светодиодов), а также используют при изготовлении высокотемпературных выпрямителей, квантовых генераторов и усилителей. Основными недостатками фосфида галлия являются: отсутствие собственных окислов со стабильными свойствами и образование токсичных соединений при химической и механической обработке.

Фосфид индия (InP) – химическое соединение индия и фосфора темно-серые кристаллы с металлическим блеском. Монокристаллический полупроводниковый материал, относящийся к классу соединений A^IIIB^V. Монокристаллы фосфида индия имеют наибольшие перспективы широкого промышленного производства и применения после арсенида галлия.

Кристаллы фосфида индия кристаллизуются в решетке сфалерита. Постоянная решетки при 300К равна 5,8687А, относительная молекулярная масса 144,63, количество атомов в см³ — 3,96^.10²². Плотность в твердом состоянии — 4,81 г/см³, в жидком состоянии (при температуре плавления) — 5,15 г/см³;. температура плавления под давлением паров фосфора t_пл = 1060 ^оС; равновесное давление паров фосфора в точке плавления — 2,8 Мпа. Коэффициент линейного расширения — 4,75.10^-6К^-1. Диэлектрическая проницаемость фосфида индия: статическая — 12,5, высокочастотная — 9,61. Ширина запрещенной зоны 1,35 эВ.

Фосфид индия не растворяется в воде, устойчив к воздействию уксусной, разбавленной серной и азотной кислот, едкого натра. Наилучшим растворителем фосфида индия является соляная кислота., удельная скорость растворения в которой возрастает с увеличением ее концентрации. Растворяется в смесях кислот (соляной и азотной, азотной плавиковой и уксусной). При нагреве до 300 ^оС фосфид индия не окисляется. При более высоких температурах он разлагается с выделением фосфора.

Для выращивания монокристаллов InP применяются те же методы, что и для арсенида галлия — метод Чохральского с жидкостной герметизацией расплава (LEC) и метод вертикальной направленной кристаллизации (VGF). Особенность технологий выращивания InP и GaAs заключается в том, что оба метода реализуются при высоком давлении инертного газа или фосфора в камере. В настоящее время производят кристаллы диаметром 100 и 150 мм.

Для получения кристаллов с регулируемыми электрофизическими свойствами (тип проводимости, удельное сопротивление, концентрация и подвижность носителей заряда) используют процессы легирования фосфида индия электрически активными примесями. Основными легирующими примесями при получении монокристаллов n-типа являются S, Se, Te, Si, Ge, Sn, а при получении монокристаллов p-типа — Zn и Cd. Легирование донорными примесями до высоких концентраций приводит к снижению плотности дислокаций в них, но одновременно сопровождается появлением микродефектов.

Основное применение для производства интегральных схем находит полуизолирующий (с высоким удельным сопротивлением) фосфид индия, легированный железом ПИ-InP(Fe). Методом VGF можно получить ПИ-кристаллы диаметром 100 мм с плотностью дислокаций N_D .10⁵ см^-2 и диаметром 150 мм с N_D .10⁵ см^-2. Основными технологическими проблемами при выращивании кристаллов фосфида индия является склонность кристаллов к двойникованию, формирование дислокационных кластеров и сегрегационные явления, обусловленные высоким содержанием примеси Fe в полуизолирующих кристаллах.

На основе фосфида индия создаются обладающие высокими характеристиками полевые транзисторы и другие СВЧ приборы. Монокристаллические пластины InP используются в качестве подложек при выращивании гетероструктур четвертного твердого раствора Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y, на основе которых создаются эффективные источники излучения (инжекционные лазеры, светодиоды) и быстродействующие фотоприемники для систем волоконно-оптических линий связи на длины волн 1,3 и 1,55 мкм (спектральный диапазон высокой прозрачности стекловолокна на основе кварцевого стекла). Фосфид индия перспективен для разработки сверхбыстрых интегральных схем (СБИС). По некоторым прогнозам он может в будущем полностью заменить арсенид галлия в производстве интегральных схем. На сегодняшний день InP является наиболее вероятным материалом для массового производства ИС следующего поколения со скоростью обработки данных 40 Гбит/с, а также для создания монолитно интегрированных оптоэлектронных ИС.

Антимонид галлия (GаSb) – Представляет собой светло-серые серебристые кристаллы с металлическим блеском. Антимонид галлия монокристаллический полупроводниковый материал, относящийся к классу соединений A^IIIB^V. Кристаллы антимонида галлия имеют решетку сфалерита.

Постоянная решетки при 300К равна 6,096А. Плотность в твердом состоянии =5,66 г/см³, в жидком состоянии (при температуре плавления) — 6,06 г/см³; температура плавления t_пл= 712 ^оС; равновесное давление паров в точке плавления 10^-2 Па. Коэффициент линейного расширения — 6,710^-6К^-1, твердость по минералогической шкале = 4,5, диэлектрическая проницаемость (низкочастотная) = 15,69.

Ширина запрещенной зоны GaSb = 0,72 эВ. Нелегированный антимонид галлия имеет дырочный тип проводимости, связанный с наличием в нем положительно заряженных комплексов точечных дефектов.

Антимонид галлия не растворяется в воде, слабо растворяется в концентрированной соляной кислоте, добавление азотной кислоты к соляной сильно увеличивает скорость растворения. При растворении в кислотах выделяется токсичный стибин SbH₃. Окисление антимонида галлия на воздухе начинается при температуре выше 400 ^оС. При окислении поверхность антимонида галлия адсорбирует значительно большее число атомов кислорода, чем другие соединения A^IIIB^V (за исключением антимонида алюминия). Диссоциация соединения с выделением паров сурьмы начинается после расплавления соединения в вакууме.

Промышленным методом выращивания монокристаллов арсенида индия является метод Чохральского. В качестве акцепторной примеси используют германий и цинк, донорной — теллур.

Основная область применения — в качестве подложек для гетероструктур четверных твердых растворов типа AlxGa1-xAsySb1-y и InxGa1-xAsySb1-у для лазерных излучателей и фотоприемников на длину волны от 1,0 до 5,0 мкм. Отличительной особенностью кристаллов антимонида галлия является высокая чувствительность к механическим напряжениям. Под действием давления 400 Мпа удельное сопротивление GaSb увеличивается в два раза. Высокая чувствительность кристаллов GaSb позволила использовать его для производства тензометров. Применяют его также для изготовления туннельных диодов и микроволновых датчиков.

Антимонид Индия (InSb) - Антимонид индия имеет вид темно-серого серебристого металла или порошка со стекловидным блеском. Полупроводниковый материал, относящийся к классу соединений A^IIIB^V. Кристаллизуется в решетке типа сфалерита.

Постоянная решетки при 300К равна 6,480А. Плотность в твердом состоянии = 5,78 г/см³, в жидком состоянии (при температуре плавления) — 6,48 г/см³; температура плавления t_пл = 525 ^оС; равновесное давление паров в точке плавления - 10^-4 Па. Коэффициент термического расширения — 5,04^.10^-6К^-1, твердость по минералогической шкале — 3,8, диэлектрическая проницаемость (низкочастотная) — 17,72.

Антимонид индия имеет малую ширину запрещенной зоны — 0,18 эВ и очень высокую подвижность электронов. Энергия ионизации донорных примесей (S, Se,Te) очень мала. Вследствие малой ширины запрещенной зоны электропроводность антимонида индия уже при температурах ниже комнатной становится собственной. Антимонид индия относится к вырожденным полупроводникам.

Антимонид индия не растворяется в воде, хорошо растворяется в кислотах. При растворении антимонида индия в кислотах выделяется токсичный стибин SbH₃. Окисление арсенида индия на воздухе начинается при температуре выше 500 ^оС. При значительных перегревах разлагается с выделением паров сурьмы.

Промышленным методом выращивания монокристаллов антимонида индия является метод Чохральского. Монокристаллы InSb выращивают в направлении диаметром 2 и 3 дюйма. Плотность дислокаций в кристаллах диаметром 2 дюйма N_D 1,0.10² см^-2.

Антимонид индия применяется для изготовления туннельных диодов: по сравнению с германиевыми диоды из InSb обладают лучшими частотными свойствам при низких температурах. Антимонид индия используют для изготовления фотоэлементов высокой чувствительности, датчиков Холла, оптических фильтров и термоэлектрических генераторов и холодильников.

Арсенид индия (InAs) - монокристаллический полупроводниковый материал, относящийся к классу соединений A^IIIB^V. Серые кристаллы с металлическим блеском.

Кристаллы арсенида индия имеют решетку сфалерита. Постоянная решетки при 300К равна 6,058А, относительная молекулярная масса 144,63, количество атомов в см³ — 3,96^.10²². Плотность в твердом состоянии — 5,66 г/см³, в жидком состоянии (при температуре плавления) — 5,90 г/см³; температура плавления под давлением паров мышьяка t_пл = 943^оС; равновесное давление паров мышьяка в точке плавления — 3,32^.10^-2 Мпа. Твердость по минералогической шкале — 4, коэффициент линейного расширения — 5,19.10^-6К^-1, диэлектрическая проницаемость (низкочастотная) — 14,55.

Арсенид индия имеет малую ширину запрещенной зоны — 0,36 эВ и высокую подвижность электронов. Высокая подвижность электронов позволяет получать на его основе приборы повышенной чувствительности.

Арсенид индия не растворяется в воде, хорошо поддается травлению концентрированной соляной кислотой, добавление азотной кислоты увеличивает скорость травления. При растворении арсенида индия в кислотах выделяется арсин. Окисление арсенида индия на воздухе начинается при температуре выше 450 ^оС. В вакууме при температурах выше 700 ^оС арсенид индия разлагается с выделением мышьяка.

Промышленным методом выращивания монокристаллов арсенида индия является метод Чохральского с жидкостной герметизацией расплава. Монокристаллы выращивают диаметром 2 и 3 дюйма. Плотность дислокаций в кристаллах диаметром 2 дюйма N_D = 1,5.10⁴ см^-2.

Основная область применения — малотиражное производство разнообразных оптоэлектронных приборов — оптических фильтров, источников ИК-излучения, фотоприемников, фильтров, в производстве приборов с гальваномагнитными эффектами, для изготовления магниторезисторов и преобразователей Холла. Применяют также в приборах для измерения напряженности магнитного поля и других полупроводниковых приборах.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: