Полупроводник

Полупроводник — материал, электрические свойства которого в сильной степени зависят от концентрации в нём химических примесей и внешних условий (температура, излучение, космические лучи, ультрафиолетовые лучи и пр.).

Полупроводники – вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет 0-6 электрон-вольта, например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а InAs к узкозонным.

В зависимости от того, отдаёт ли примесь электрон или захватывает электрон, примесь называют донорной или акцепторной. Свойство примеси может меняться от того, какой атом в кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается.

Типы полупроводников в периодической системе элементов[]

В нижеследующей таблице представлена информация о большом количестве полупроводниковых соединений. Их делят на несколько типов: одноэлементные полупроводники IV группы периодической системы элементов, сложные: двухэлементные A^IIIB^V и A^IIB^VI из третьей и пятой группы и из второй и шестой группы элементов соответственно. Все типы полупроводников обладают интересной зависимостью ширины запрещённой зоны от периода, а именно — с увеличением периода ширина запрещённой зоны уменьшается.

Группа

IIB

IIIA

IVA

VA

VIA

Период

2

5

B

6

C

7

N

3

13

14

15

16

4

30

31

32

33

34

5

48

49

50

51

52

6

80

Hg

Физические свойства и применения[]

Прежде всего следует сказать, что физические свойства полупроводников наиболее изучены по сравнению с металлами и диэлектриками. В немалой степени этому способствует огромное количество эффектов, которые не могут быть наблюдаемы ни в тех ни в других веществах, прежде всего связанные с устройством зонной структуры полупроводников, и наличием достаточно узкой запрещённой зоны. Конечно же основным стимулом для изучения полупроводников является технология производства интегральных микросхем - это в первую очередь относится к кремнию, но затрагивает другие соединения (Ge, GaAs, InSb) как возможные заменители.

Кремний — непрямозонный полупроводник, поэтому очень трудно заставить его работать в оптических устройствах, и здесь вне конкуренции соединения типа A^IIIB^V, среди которых можно выделить GaAs, GaN, которые используются в светодиодах.

Собственный полупроводник при абсолютном нуле температуры не имеет свободных носителей в зоне проводимости в отличие от проводников и ведёт себя как диэлектрик. При легировании ситуация может поменяться. См. вырожденные полупроводники.

В связи с тем, что технологи могут получать очень чистые вещества встаёт вопрос об новом эталоне для числа Авогадро.

Легирование[]

Объёмные свойства полупроводника могут сильно зависеть от наличия дефектов в кристаллической структуре. И поэтому стремятся выращивать очень чистые вещества, в основном для электронной промышленности. Легирующие примеси вводят для управления типом проводимости проводника. Например широко распространённый кремний можно легировать элементом V подгруппы периодической системы элементов — фосфором, который является донором, и создать n-Si. Для получения кремния с дырочным типом проводимости (p-Si) используют бор (акцептор).

Методы получения[]

Свойства полупроводников зависят от способа получения, так как различные примеси в процессе роста могут изменить их. Наиболее дешёвый способ промышленного получения монокристаллического технологического кремния — метод Чохральского. Для очистки технологического кремния используют также метод зонной плавки.

Для получения монокристаллов полупроводников используют различные методы физического и химического осаждения. Наиболее прецизионный и дорогой инструмент в руках технологов для роста монокристаллических плёнок — установки молекулярно-лучевой эпитаксии, позволяющей выращивать кристалл с точностью до монослоя.