Розділ 5 Сучасні напівпровідникові матеріали

5.1 Застосування кремнію і германію

Кремній - базовий матеріал при виготовленні планарних транзисторів і інтегральних схем, які знайшли широке застосування в
приймально-підсилювальній апаратурі та обчислювальній техніці. Але значну частку становлять і дискретні кремнієві прилади: випрямні, імпульсні і НВЧ-діоди, низькочастотні і високочастотні, потужні і малопотужні транзистори, польові транзистори. Робочі частоти планарних транзисторів досягають 10 ГГц. Кремнієві випрямні площинні діоди можуть витримувати зворотні напруги U_зв до 1500 В і пропускати прямий струм І_пр до 1500 А, істотно перевершуючи за цими параметрами германієві діоди.

З кремнію виготовляють більшість стабілітронів і тиристорів. Кремнієві стабілітрони мають напругу стабілізації від 3÷ 400 В. Спектр фоточутливості кремнієвих фотодіодів (0, 3÷ 1, 1 мкм) добре узгоджується зі спектром випромінювання багатьох напівпровідникових джерел світла.

Германій - один з перших напівпровідникових матеріалів, який широко використовувався для виготовлення великої кількості приладів.

На його основі можна виготовляти випрямні площинні діоди, низько- і високочастотні, потужні і малопотужні транзистори, лавинно-пролітні та тунельні діоди, варикапи, точкові високочастотні імпульсні і НВЧ-діоди. В імпульсних діодах для досягнення високої швидкості перемикання потрібно використовувати матеріали з малим часом існування нерівноважних носіїв заряду. Цій вимозі задовольняє германій, що легований золотом. Завдяки відносно високій рухливості носіїв заряду германій застосовують для виготовлення датчиків Хола та інших магніточутливих приладів.

Робочий діапазон германієвих приладів, фотодіодів і фототранзисторів складає від -60°С до +70 °С [3, 4].

5.2 Застосування напівпровідникових хімічних сполук

Застосування карбіду кремнію (SiC):

• світлодіоди у видимій частині спектру на монокристалічному гексагональному SiС. Залежно від типу і концентрації домішки можна отримати світіння від червоного до фіолетового. Найбільш високою стабільністю випромінювання володіють жовті світлодіоди, які одержуюють шляхом дифузії бору в SiС n-типу, що леговані азотом. Вони використовуються в якості еталонних;

• потужні випрямні діоди і польові транзистори з робочою температурою до 700 °С;

• лічильники частинок високої енергії, що здатні працювати в агресивному середовищі;

• нелінійні резистори (варистори) на керамічному SiС, що застосовуються в системах автоматики, обчислювальної техніки, приладобудуванні для стабілізації струмів і напруги, захисту ліній електропередач;

• високотемпературні нагрівачі до 1800 °С (сілитові стрижні) і високотемпературні тензорезистори з керамічного SiC.

Застосування селену (Se):

- виготовлення випрямлячів змінного струму, фотоелементів, а також у технології фарб, пластмас, кераміки, як легуюча суміш при виробництві сталі, в електрофотографії.

Застосування телуру (Te):

- застосовується у вигляді сплавів із сурмою і свинцем для виготовлення термоелектричних генераторів.

5.3 Сучасні з'єднання на основі A^IIIB^V

Нітрид галію (GaN) та фосфід галію GaP відносять до легких з'єднань. Їх отримують спочатку у вигляді полікристалів за допомогою направленої кристалізації кристалів з розчину або газової фази, а потім - обертанням монокристала з введенням легуючих домішок.

Домішки GaN, GaP:

· Zn^II - формує провідність p-типу;

· Te^VI - формує провідність n-типу.

GaN та GaP мають люмінесценцію видимої області спектра, при цьому колір випромінювання залежить від типу і концентрації легуючих домішок.

Високопотужні та високочастотні прилади на основі GaN включають в себе НВЧ (радіочастотні підсилювачі потужності) і високовольтні комутаційні пристрої для електричних мереж. Велика ширина забороненої зони забезпучє збереження продуктивності транзисторів з нітриду галію, навіть при високих температурах [2].

GaP використовується для створення світлодіодів.

Арсенід галію (GaAs) - отримують шляхом сплаву у спеціальній кварцевій ампулі чистих As та Ga, потім вирощують монокристали методом витягування з розчину за допомогою направленого кристала або безтигельної зонної плавки.

Домішки GaAs - елементи VI групи (Se, Te - донорні, Zn, Cd - акцепторні). P-n-перехід на GaAs отримують шляхом дифузії акцепторних домішок в матеріал n-типу або шляхом отримання епітаксіальних структур.

Застосування арсеніду галію:

· напівпровідникові діоди та транзистори з високою робочою температурою та високою частотою (генератори НВЧ-коливань);

· фотоелектричні прибори (фотокатоди з невеликою роботою виходу електронів, а також - фотоелементи геліосистем);

· напівпровідникові лазери, тобто прилади генерації когерентного випромінювання при рекомбінації;

· інтегральні мікросхеми, що мають високу швидкодію і високий ступінь інтеграції.

Антимонід індію (InSb) - отримують шляхом сплавлення очищених
In, Sb з послідуючою очисткою методом зонної плавки і отриманням монокристалів шляхом вирощування з розплаву. P-n-перехід в такому випадку отримують введенням Zn у донорний напівпровідник InSb, який містить надлишок Sb.

Застосування антимоніду індію:

· фотоприймайчі інфрачервоного випромінювання (тепловізори і прилади нічного бачення);

· фотоелементи з високою чутливістю та швидкодією;

· датчики ЕРС Хола.

5.4 Тверді розчини на основі A^IIIB^V

Ці розчини утворені шляхом заміщення компонентів А^ІІІ або В^V. Тверді розчини отримують методом рідиннофазної епітаксії з розчинів In або Ga. При цьому додають легуючі суміші та створють p-n-перехід. На основі твердих розчинів створюють гетеропереходи, тобто контакт двох напівпровідників з різною шириною забороненої зони.

Застосування твердих розчинів: джерела та приймачі випромінювання, лазери, оптоволоконні лінії зв'язку тощо.