Основные группы полупроводниковых материалов. (Лекция 8) презентация

Лекция №8 Тема: Основные группы полупроводниковых материалов 1. Простые полупроводники 2. Полупроводниковые соединения

Классификация полупроводников

Способы получения монокристаллов полупроводников 1. Вытягивание из расплава по методу Чохральского. 2. Метод бестигельной зонной плавки. 3. Кристаллизация из газовой фазы с использованием методов сублимации из газовой фазы и химических транспортных реакций (CdS, ZnS, SiC).

Простые полупроводники 1. Германий 1s22s22p63s23p63d104s24p2 GeCl4 +2H2O  GeO2 + 4HCl GeO2 +2H2  Ge+2H2O

Алмазоподобная кубическая гранецентрированная решетка германия и кремния

Основные свойства германия и кремния

Кремний 1s22s22p63s23p2

Основные параметры кремния

Механические свойства кремния

Теплопроводность кремния

Способы получения 1. Метод Чохральского SiO2 + 2C  Si + 2CO, Т 2000С

Метод бестигельной зонной плавки

Вид монокристалла Si диаметром 200 мм после извлечения из расплава Вид монокристалла Si диаметром 200 мм после извлечения из расплава

Вид слитка после процесса выращивания

Промышленная установка для полировки кремниевых подложек диаметром 300 мм

Маркировка кремниевых подложек в зависимости от кристаллографической ориентации и типа легирования

Удельное сопротивление кремния в зависимости от концентрации легирующей примеси

Нанесение покрытий методом центрифугирования Нанесение покрытий методом центрифугирования (spin-on)

Полупроводниковые соединения группы АIIIВV

Примеси в соединениях AIIIBV Элементы II – Be, Mg, Zn, Cd – акцепторы Замещают узлы металлического компонента Элементы VI – S, Se, Te – доноры Замещают узлы элемента BV Элементы IV Замещают узлы как AIII, так и BV

Арсенид галлия GaAs Ширина запрещенной зоны - 1,43 эВ Подвижность электронов - 0,85 м2/Вс Концентрация электронов - 1022м-3 Предельная рабочая температура - 450С Акцепторы – Zn, Cd, Cu Доноры – S,Se, элементы IV

Антимонид индия InSb Ширина запрещенной зоны - 0,17 эВ Подвижность электронов - 7,7 м2/Вс Собственная проводимость при комнатной температуре В области примесной проводимости материал близок к вырождению

Фосфид галлия GaP Ширина запрещенной зоны - 2,25 эВ Подвижность электронов - 0, 46 м2/Вс Концентрация электронов – 1017-1020м-3 Акцепторы – Mg, Zn, Cd, C, Be Доноры – O, S, Se, Te, Si, Sn

Полупроводниковые соединения группы АIIВVI

Особенности соединений AIIBVI Изменение удельного сопротивления в широких пределах термообработкой в парах одного из собственных компонентов. Монокристаллы соединений выпускаются в ограниченных объемах. Области применения – люминесцентные покрытия и экраны, фоторезисторы, солнечные элементы, тонкопленочные транзисторы

Халькогениды кадмия – CdS, CdSe, CdTe Электронный тип проводимости – обусловлен отклонением стехиометрического состава (недостаток S, Se, Te) CdTe n-CdTe-(избыток Cd) p-CdTe-(вакансии Cd) Концентрация свободных носителей заряда – 1020-1025 м-3 Подвижность электронов – 5,7 м2/Вс

Халькогениды цинка – ZdS, ZnSe, ZnTe - Широкая запрещенная зона – 3,6; 2,7; 2,2 эВ

Полупроводниковые соединения группы АIVВVI Халькогениды свинца – PbS, PbSe, PbTe, SnTe Добавление олова (Sn) к теллуриду свинца (PbTe) приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны до нуля.

Халькогениды свинца – PbS, PbSe, PbTe При отклонении от стехиометрического состава обладают электронной проводимостью при избытке Pb, дырочной проводимостью – при избытке элемента VI группы. Узкозонные материалы.

Полупроводниковые соединения группы АIVВIV Карбид кремния SiO2 + 3C  SiC + 2CO, Т=2400-2600С ширина запрещенной зоны  2,39 эВ подвижность электронов  0,1 м2/Вс подвижность дырок  0,006м2/Вс избыток Si – n-тип проводимости избыток С – р-тип проводимости Собственная проводимость начиная с 1400С

Способ формирования монокристаллов SiC

Области применения SiC Светодиоды, мощные выпрямительные диоды, высокотемпературные тензорезисторы. Штампы при формировании низкоразмерных структур

Тонкопленочный светоизлучательный диод (LED)

Органические полупроводники Органический материал на основе полимера Силы Ван-дер-Ваальса

Линейные – пентацен Линейные – пентацен Двумерные соединения со сшитыми кольцами – производные нафталина и фталоцианинов Гетероциклические олигомеры – производные тиофена с р-типом проводимости Применение Светодиоды, органические фотовольтаические элементы, прозрачные тонкопленочные транзисторы, дисплеи с использованием гибких материалов.