Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Лит.: Ансельм А. И., Введение в теорию иолупровод* ников, 2 изд., М., 1978; Смит Р., .Полупроводники, пер,
о англ., 2 изд., М., 1982; Бонч-Бруевич В. Л., К а-, лашников С. Г., Физика полупроводников,. Mt, 1977.
A* Jl, Эфрос.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ — вещества с чётко Выраженными свойствами полупроводников в широком интервале темп-p, включая номкат-ную (T1 — 300 К). Харантеркзуются значениями уд. электропроводности (а — IO4-IO"10 Ом-см"1 при
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
T~ 300 К), промежуточными между уд. электропроводностью металлов и хороших диэлектриков. В отличие от металлов, концентрация подвижных носителей заряда в П. м. значительно ниже концентрации атомов, а электропроводность а возрастает с ростом Т. Для П. м. характерна высокая чувствительность эл.-фнв. свойств к внеш. воздействиям (нагрев, облучение, деформация и т. д.), а также к содержанию примесей и структурных дефектов. Характеристики важнейших П. м. приведены в табл. 1.
По структуре П. м. делятся на кристаллические, аморфные, жидкие. Ряд органич. веществ также проявляет полупроводниковые свойства и составляет обширную группу органических полупроводников. Наиб, значение имеют неорганич. крнсталлич. П. м., к-рые по хим. составу разделяются на элементарные, двойные, тройные и четверные хим. соединения, растворы и сплавы. Полупроводниковые соединения классифицируют по номерам групп периодич. табл. элементов, к к-рым принадлежат входящие в, их состав элементы.
Основные группы крнсталлнчёскнх полупроводниковых материалов (см. табл. 1):
1. Элементарные П. мі: Ge, Si, С (алмаз),
В, a-Sn, Te, Se и др. Важнейшими представителями этой группы являются Ge и Si — осн. материалы полупроводниковой электроники. Обладая 4 валентными электронами, атомы Ge и Si образуют крнсталлич. решётку типа алмаза, где каждый атом имеет 4 ближайших соседа, с каждым из к-рых связан ковалентной связью (координация соседей — тетраэдрическая). Они образуют между собой непрерывный ряд твёрдых растворов, также являющихся важными П. м.
2. Соединения типа Ani Bv. Имеют в осн. криста л л ич. структуру типа сфалерита. Связь атомов в кристаллнч. решётке носнт преим. ковалентный характер с нек-рой долей (5—15%) ионной составляющей (см. Химическая связь). Важнейшие представители этой группы: GaAs, InP, InAs, InSb, GaP. Ми. П. м. A111Bv
образуют между собой непрерывный ряд твёрдых растворов тройных и более сложных (GaxAl1^As, G a Asx P1 _х, GaxIn,_ХР, GaxIn,_xAsyP1^ и т. д.), к-рые также являются важными П. м. (см. Гетеропереход, Гетероструктура).
3. Соединения элементов VI г р у п-п ы (О, S, Se, Te) с элементами I — V групп, а также с переходными я редкоземельными металлами. Среди этих П. м. нанб. интерес представляют соединения типа AmBvi. Они имеют кристаллнч. структуру типа сфалерита нли вюрцнта, реже — типа NaCi. Связь между атомами носит ковалентно-ионный характер (доля ионной составляющей порядка 45—60%). Для П. м. типа A11Bvi характерны явление полиморфизма и наличие политнпов кубической н гексагон а л ьнсй модификаций. Важнейшие представители: CdTe1 CdS, ZnTe1 ZnSe, ZnO, ZnS. Мн. П. м. типа A11Bvi образуют между собой непрерывный ряд твёрдых растворов; важнейшие из них: CaxHg1^xTe1 CdxHglmxSe1 CdTexSe1^x. Физ. свойства в значит, мере определяются концентрацией собственных точечных дефектов структуры, проявляющих электрич. активность (центры рассеяния н рекомбинации).
Соединения типа AivBvl имеют крнсталлич. структуру типа NaCl илн орторомбнческую. Связь между атомами — ковалеитнсннонная. Типичные представители: PbS, PbTe1 SnTe. Они образуют между собой непрерывный ряд твёрдых растворов, среди них наиб, важны PbxSn,_xTe, PbxSn1^xSe. Собств. точечные дефекты структуры в AivBvl имеют низкую энергию ионизации и проявляют электрич. активность.
Соединения типа A^ Bs имеют крнсталлич. структуру тнпа сфалерита с V3 незаполненных катионных узлов. По своим свойствам занимают промежуточное положение между AluBv и A11Bvl. Для них характерны низкие решёточная теплопроводность н подвижность носителей заряда. Типичные представители; GaaTe3, GaaSeg, InaTe3.
Табл. 1. —Характеристики важнейших полупроводнякввых материалов (* означает усреднение по кристаллографическим направлениям)
Полупро- воднико- вый материал Тип крнсталлич. решётки Период крис-таллич. решётки, А (300 К) Г ол> eC Плотность, г/см* (300 К) Коэф. линейного расширения XlOe, К-1 Коаф.теплопроводности, Btx XCM-lX Xград-1 Диэлектрич. проницае- мость, E,* Темп-pa Дебая, 0D
Si кубическая (алмаза) 5,43072 1417 2,32830 2,4(300 К) 1,3 . 11,7 689(300 К) 539(80 К)
Ce « 5,65754 937 5,32600 5,75(300 К) 0,63 16 406(300 К) 353(80 К)
A111Bv
InSb кубическая (сфалерита) 6,4795 525 5,775 5,04(300 К) 0,17 0,27 17 202(300 К)
InAs •—«— 6,05838 943 5 . 667 5,19(300 К) 14,5 249(300 К)
InP <1 5,86875 1062 4,787 4,75(300 К) 0 ,67 14 321(300 К)
GaSb (1 — 6,09686 706 5,61220 (5,7(298 — 873 К) 6,0(300 К) 0,34 15 265(300 К)
GaAs — ?( — 5,6535 1238 5,3161 0,46 12,5 344(300 К)
