Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
_1
-
1
Рис 5 Схема дислокационного захвата примеси [13, 14]:
а-идеальная кристаллическая решетка; б - дислокация в кристалле-сегрегация микропримеси на Дислокации (размер микропримеси меньше размера частиц макрокомпонента); г-сегрегация крупных частиц микропрнмеси.
Последнее время [10, 16] для обозначения дефектов стали применять различные символы. Например, символ АфВ обозначает, что атом или ион В замещен другой частицей А; знак А а указывает, что частица А заняла междоузлие; Аа— означает свободный катионный узел в решетке соединения АВ и т. д.
Особо следует остановиться на роли химических микропримесей в полупроводниках, так как это позволяет правильно оценить степень глубокой очистки многих химических соединений, используемых для получения полупроводниковых материалов и прежде всего кремния и германия.
Химические микропримеси, свободно отдающие валентные электроны под влиянием теплового движения, сообщают
* Рекомбинацией можно назвать процесс закрепления свободного носителя заряда (электрона) иа дефекте решетки или микропримеси с последующей взаимной нейтрализацией зарядов [11].
** Электронные полупроводники имеют как отрицательные (электроны), так и положительные («дырки») носители тока. Последние появляются тогда, когда в решетке оказывается недостаток электронов, образуются как бы пустые места («дырки»), откуда изъяты электроны. Перемещение «дырки» — это заполнение ее одним из соседних электронов, прежнее место которого теперь оказывается пустым. Поэтому движение «дырки» подобно движению электрона с положительным зарядом [11, 14].
21
полупроводнику электронный тип проводимости (рис. 6) или проводимость п-типа (с «негативным зарядом»). К числу примесей такого рода, называемых донорными, относятся в случае кремния и германия пятивалентные Р, Аэ, БЬ, В1 и др. Если же примесные элементы способны присоединять к себе электроны атомов кристаллической решетки, что вызывает образование в ней «дырок», их называют акцепторными, а возникающий тип проводимости —дырочным илир-типом (с «позитивным зарядом»).
а б в
Рис. 6. Схема возникновения электронного н «дырочного» механизма тока в кремнии и германии [13, 16]: а — возникновение дыркн и электрона вследствие разрыва электронной связи; б — акцепторный примесный атом в решетке, недостающий электрон восполняется за счет соседней электронной связи; в — донорный примесный атом в решетке, пятый валентный электрон которого связан слабо; 4Н— атомы в! нли ве; ЗН— атом трехвалентной примесн; 5+— атом пятивалентной примеси.
Из микропримесей с такими свойствами можно назвать трехвалентные элементы В, А1, (ла, 1п, Т1. Такие микропримеси как Аи, Си, Ag, Ре в определенных условиях могут проявлять либо донорные, либо акцепторные свойства [11, 14].
Выше указывалось, что элементы III и V групп периодической системы оказывают противоположные влияния на свойства полупроводников. Одновременное присутствие в полупроводнике донорных и акцепторных микропримесей вызывает соответствующую компенсацию, так как акцепторные микропримеси захватывают электроны донорных микропримесей. В случае преобладания микропримесей одного вида полупроводник будет обладать типом проводимости, присущим этому виду. При рав-
22
ных концентрациях электронов и «дырок» создается впечатление полного отсутствия микропримесей. Поэтому выводы о степени чистоты вещества, основанные только на результатах измерения электропроводности, не являются однозначными.
«Физические примеси» полупроводника оказывают аналогичное действие: одни дефекты решетки ведут себя, как микропримеси элементов III группы, а другие, как микропримеси элементов V группы. Это означает, что и здесь компенсационные эффекты могут быть аналогичны компенсационным эффектам при наличии химических микропримесей [11].
Химическая технология получения особо чистых неорганических веществ ставит своей целью удаление прежде всего химических микропримесей.
НОРМИРОВАНИЕ МИКРОПРИМЕСЕЙ
Рассматривая влияние примесей на свойства вещества, нельзя не заметить одного очень важного обстоятельства. Как правило, изменение свойств вещества — результат комплексного воздействия присутствующих микропримесей *. Правда, среди группы микропримесей, изменяющих какой-либо физико-химический параметр вещества, влияние отдельных микрокомпонентов может быть весьма различным. Например, в особо чистых веществах, используемых в производстве оптических волноводов и высоко прозрачных стекол типа флинтов и легких кронов, особенно нежелательны микропримеси хрома, никеля, кобальта и ванадия, вызывающие наиболее сильное светопоглощение стекол. Однако стекло, содержащее 1 • Ю-6 — 1 • Ю-7 % указанных выше микропримесей, не будет еще обладать высокой оптической прозрачностью. Последняя достигается лишь в том случае, когда помимо наиболее важных единичных микропримесей из вещества удаляется одновременно и группа второстепенных микропримесей (железо, медь, марганец, молибден, вольфрам и некоторые другие), суммарным воздействием которых на светопоглощение стекол также нельзя пренебрегать.
