А. И. Шокин.

Рис. 4. Большая интегральная микросхема для электронных часов. В кристалле кремния с активной площадью около 3 мм 2 создано 1438 n- и р-канальных полевых транзисторов, образующих посредством двухслойной системы связей микро-ЭВМ, которая ведёт отсчёт текущего времени суток (секунд, минут, часов), дней недели, дат; расходуемая мощность не более 10 мквт .

 Рис. 1. Универсальная ионнолучевая установка «Везувий-1» (СССР) с энергией ионов до 200 кэв , позволяющая осуществлять ионное легирование полупроводниковых материалов практически любыми примесями: 1 — пульт управления; 2 — источник и ускоритель ионов; 3 — магнитный сепаратор ионов; 4 — камера легирования.

Рис. 3. Участок цеха, в котором производится чистая сборка полупроводниковых приборов.

Рис. 2. Структура мощного СВЧ кремниевого транзистора, позволяющего получить мощность 5 вт на частоте 2 Ггц (фотография; увеличено). Транзистор содержит 234 эмиттера с размерами 1,5´30 мкм и 18 стабилизирующих резисторов; 18 алюминиевых проволочек соединяют кристалл прибора с выводами.

Полупроводниковые материалы

Полупроводнико'вые материа'лы , полупроводники , применяемые для изготовления электронных приборов и устройств. В полупроводниковой электронике используют главным образом кристаллические П. м. Большинство из них имеет кристаллическую структуру с тетраэдрической координацией атомов, характерной для структуры алмаза .

  Значительную роль в развитии полупроводниковой техники сыграл селен : селеновые выпрямители долгое время оставались основными полупроводниковыми приборами, получившими массовое применение.

  В начале 70-х гг. 20 в. наиболее распространённые П. м. — кремний и германий . Обычно их изготовляют в виде массивных монокристаллов , легированных различными примесями. Легированные монокристаллы Si с удельным сопротивлением 10-3 —104 ом ×см получают преимущественно методом вытягивания из расплава (по Чохральскому), а легированные монокристаллы Ge с удельным сопротивлением 0,1—45 ом ×см получают, кроме того, зонной плавкой . Как правило, примесные атомы V группы периодической системы (Р, As и Sb) сообщают кремнию и германию электронную проводимость, а примесные атомы III группы (В, Al, Ga, In) — дырочную. Si и Ge обычно используют для изготовления полупроводниковых диодов , транзисторов , интегральных микросхем и т.д.

  Большую группу П. м. составляют химические соединения типа AIII BV (элементов III группы с элементами V группы) — арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs, InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и выращивание монокристаллов обычно производят в замкнутых сосудах из высокотемпературных химически инертных материалов, обладающих высокой прочностью, поскольку давление насыщенного пара над расплавом таких элементов, как Р и As, сравнительно велико. Примеси элементов II группы придают этим П. м., как правило, дырочную проводимость, а элементов IV группы — электронную. П. м. этой группы используют в основном в полупроводниковых лазерах , светоизлучающих диодах , Ганна диодах , фотоэлектронных умножителях , в качестве плёночных детекторов излучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных волн.

  П. м. типа Aii Bvi из которых наиболее широко применяют соединения ZnO, ZnS, CdS, CdSe, ZnSe, HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe, получают преимущественно с помощью химических реакций в газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное сопротивление и тип проводимости этих П. м. определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от стехиометрического (см. Стехиометрия ). Использование П. м. этого типа связано главным образом с их оптическими свойствами и фоточувствительностью. Поэтому их применяют в фоторезисторах , фотоэлементах , электроннолучевых приборах и приборах ночного видения, модуляторах оптического излучения (см. Модуляция света ) и т.д.

  К П. м. относят также некоторые аморфные стеклообразные халькогенидные системы, например сплавы Р, As, Sb, Bi с Ge, S, Se, Te, и оксидные системы, например V2 O5 — P2 O5 — Rx Oy , где R — металлы I — IV групп, х — число атомов металла и у — число атомов кислорода в окисле. Их используют главным образом в качестве оптических покрытий в приборостроении.

Таблица некоторых физических свойств важнейших полупроводниковых материалов

Элемент, тип соедине- ния Наиме- нование материа- ла эвсм2 /(всек Кристал-лическая структура Темпера- тура плавле- ния, °С атм при 300 К при 0 К элек- троны дырки Элемент С (алмаз) 5,47 5,51 1800 1600 алмаз 3,56679 4027 -9 Ge 0,803 0,89 3900 1900 типа алмаза 5,65748 937 Si 1,12 1,16 1500 600 » 5,43086 1420 -6 a—Sn ~0,08 » 6,4892 IV—IV a—SiC 3 3,1 400 50 типа сфалерита 4,358 3100 III—V AISb 1,63 1,75 200 420 типа сфалерита 6,1355 1050 1300 >24 GaN 3,5 типа вюртцита a >1700 >200 GaSb 0,67 0,80 4000 1400 типа сфалерита 6,0955 706 -4 GaAs 1,43 1,52 8500 400 то же 5,6534 1239 1 GaP 2,24 2,40 110 75 » 5,4505 1467 35 InSb 0,16 0,26 78000 750 » 6,4788 525 -5 InAs 0,33 0,46 33000 460 » 6,0585 943 0,33 InP 1,29 1,34 4600 150 » 5,8688 1060 25 II—VI CdS 2,42 2,56 300 50 типа вюртцита a 1750 CdSe 1,7 1,85 800 типа сфалерита 6,05 1258 ZnO 3,2 200 кубич. 4,58 1975 ZnS 3,6 3,7 165 типа вюртцита 3,82 (по оси a) 6,26 (по оси с) 1700 IV—VI PbS 0,41 0,34 600 700 кубич. 5,935 1103 PbTe 0,32 0,24 6000 4000 то же 6,460 917