Материаловедение полупроводников

свойствами, выдвигают перед наукой задачу дальнейшего развития физики и химии твердого тела, призванных разрабатывать научные основы создания новых конструкционных материалов с заданными свойствами.

Успех развития полупроводниковой техники и связанных с ней отраслей (электроники, энергетики и др.) в значительной мере определяются достижениями в области разработки и получения полупроводниковых сплавов с определенными стабильными электрофизическими, механическими и другими свойствами. Поэтому разработка вопросов, связанных с получением полупроводниковых материалов, обладающих определенным комплексом свойств, т. е. тех вопросов, круг и задачи которых составляет предмет материаловедения полупроводников, являются одной из важнейших задач науки и техники.

Только после того, как Ge и Si удалось значительно очистить от сопутствующих примесей и получить в виде монокристаллов, были обнаружены их новые свойства, которые определили основное направление работ по полупроводниковым материалам [1].

В качестве примера влияния степени чистоты материала на его свойства можно привести данные [2]. Температура и плавление Al по мере увеличения степени его чистоты изменяется следующим образом: при 99,2 и 99,5% Al температура плавления ( Тпл ) равна соответственно 930 и 931 К. При содержании основного вещества 99,6% Тпл = 931,7 К, а для 99,97%-ного Al температура плавления равна 932,8 К. В случае Al, содержащего 99,996% основного вещества Тпл = 933,24 К.

Так же сильно зависит от степени чистоты Al и его плотность ( d ): при 99,25% Al d = 2,727; 99,40% Al - d = 2,706; 99,75% Al - d = 2,703; 99,971% Al - d = 2,6996; 99,996% Al - d = 2,6989 г/см3.

Подобным образом зависит температура рекристаллизации предварительного деформированного Al от степени его чистоты: 99,99% Al - Трекр = 373 К; 99,999% Al - Трекр = комнатной температуре; алюминий чистотой 99,9992% и деформированный при температуре жидкого азота, рекристаллизуется при Т = 223 К. К тому же, с повышением чистоты Al увеличивается его электропроводность, отражательная способность, пластичность и коррозионная стойкость.

Отличительной чертой полупроводников является их очень сильная чувствительность к незначительным внешним воздействиям - температуре, электрическому и магнитному полям, гидростатическому давлению, свету и т. д. [3].

Типичными представителями полупроводников являются германий и кремний. Тем не менее сами по себе эти материалы с собственным сопротивлением не могут быть использованы в технике для создания полупроводниковых приборов [1]. В этом случае предварительно очищенный материал легируют различными электроактивными примесями, сообщающими полупроводнику тот или иной тип проводимости и определенные электрические характеристики. В связи с этим возникла проблема изучения растворимости различных элементов в полупроводниках (Ge, Si, соединения АIIIBV, AIIBVI, AIVBVI и т.д.) и детального построения диаграмм состояния типа полупроводник-легирующий элемент.

При создании полупроводниковых сплавов в некоторых случаях в основной материал вводят несколько легирующих элементов. В таких случаях наличие легирующего элемента одного типа может оказать существенное влияние на поведение элемента другого типа в связи с возможностью химического взаимодействия между ними [4, 5]. В этой связи потребовалось установить закономерности поведения легирующих компонентов при получении сложнолегированных полупроводниковых сплавов.

В разработке общей проблемы легирования полупроводников и получения полупроводниковых сплавов на их основе выделяют три основных направления [1]:

исследование растворимости легирующих элементов и построение соответствующих диаграмм состояния как двойных, так и тройных систем;

изучение взаимодействия между легирующими компонентами как в твердых, так и в жидких растворах на основе полупроводников;

разработка рациональных методов легирования и термообработки с целью получения сплавов, обладающих необходимым комплексом электрофизических и физико-химических свойств.

Высокая химическая активность и диссоциация ряда полупроводниковых соединений, усложнение их состава (многокомпонентные полупроводники, например, GaxIn1-xP, GaPyAs1-y и т.д.), наличие легирующих примесей , изменение типа химической связи и структуры ближнего порядка при плавлении ставят новые вопросы перед физико-химическим анализом. Наличие двух- и трехкомпонентных полупроводниковых соединений привело к необходимости анализа в рамках трех-, четырехкомпонентных систем так называемых квазибинарных, квазитройных и т.д. систем, что, учитывая наличие определенной степени диссоциации, делает проблематичным само введения таких понятий [6]. Данное положение находит свое проявление и в наблюдаемом для ряда полупроводниковых систем несоответствии между квазибинарным характером диаграмм состояния систем и диаграммами состав-свойство. Кроме того, значительные элементы в проблему гетерогенных равновесий вносит и наличие областей гомогенности на основе полупроводниковых соединений. Термодинамический подход к описанию и анализу гетерогенных равновесий дает возможность не только оценить положение линий (поверхностей) фазавого равновесия в системе или значение термодинамических характеристик процессов плавления (кристаллизации) и смешение (растворение), но и дает возможность выявить природу поведения химических компонентов и характер их взаимодействия в полупроводниковых системах.

Другое по теме

Законы движения небесных тел и строение Солнечной системы
Двумя наиболее значительными успехами классического естествознания, основанного на механике Ньютона, были практически исчерпывающее описание наблюдаемого движения небесных тел и объяснение известных из эксперимента законов идеального газа. ...

Закон вечности
Природа имеет всеобщий и абсолютный ритм. Этот ритм равен семи. Коль скоро это так, то тогда, описывая математически циклическую структуру периодической системы, можно вывести своеобразный мировой закон. Периодическая система химических элементов, как известно, начинается с водорода. А существует ли конечный элемент, и ...