Применение полупроводников

Перспективными для термисторов являются материалы со структурными фазовыми переходами, происходящими в определенном диапазоне температуры и сопровождающимися резким изменением удельного сопротивления. Так, в оксидах ванадия с увеличением температуры области фазовых превращений наблюдается уменьшение удельного сопротивления на несколько порядков. Для изготовления варисторов прежде всего необходимы материалы, обладающие химической стабильностью при высоких температурах, так как при работе варистора почти вся мощность выделяется в малом объеме активных областей под точечными контактами между отдельными кристаллами или зернами полупроводника. Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов может быть существенно увеличено при увеличении температурного коэффициента сопротивления поверхностных слоев кристаллов, из которых состоит варистор.

Для того чтобы варистор обладал хорошими частотными свойствами, необходимо малое время релаксации тепловых процессов в активных областях под точечными контактами, а значит, малая площадь точечных контактов, что может быть получено при большой твердости кристаллов полупроводника. Всем этим требованиям пока от части удовлетворяет карбид кремния, из которого и делают основную часть варисторов.

В последнее время налажено массовое производство варисторов из оксидных полупроводников, основой которых является оксид цинка. Принцип действия таких варисторов имеет свои особенности, но требования к исходному материалу, перечисленные выше, справедливы и для оксидных варисторов.

При разработке материалов для термоэлектрических приборов важное значение имеет температурная зависимость эффективности и определяющих ее параметров. С увеличением температуры в области примесной электропроводимости удельное сопротивление полупроводника растет в связи с уменьшением подвижности носителей зарядов из-за увеличения теплового рассеяния кристаллической решеткой. По этой причине уменьшается эффективность материала. Таким образом, в материалах для термоэлементов должно быть по возможности более слабое падение подвижности носителей зарядов при средних и высоких температурах.

Основным требованием к исходному материалу преобразователей ЭДС Холла является высокая подвижность носителей заряда, так как при этом ЭДС Холла соизмерима с выходным напряжением. Однако выходное напряжение должно быть достаточно большим, чтобы полезный сигнал имел необходимое значение. Максимальное допустимое входное напряжение ограничивается максимальной допустимой мощностью. Таким образом, при большой подвижности носителей заряда материал должен иметь выходное удельное сопротивление. Например, преобразователь ЭДС Холла из антимонида индия имеет меньшую максимальную ЭДС Холла, чем преобразователь из германия, у которого подвижность электронов почти в 20 раз меньше.

ЭДС Холла обычно пропорциональна толщине кристаллов полупроводника. Поэтому исходный материал должен обеспечивать создание преобразователей ЭДС Холла, имеющих малую толщину.

Аналогичные требования предъявляются к исходным материалам для магниточувствителных полупроводниковых приборов - полупроводниковых магниторезисторов.

Для тензочувствительных полупроводниковых приборов - тензорезисторов и тензодиодов нужны полупроводниковые материалы характеризующиеся много долинными энергетическими зонами с возможно большей анизотропией эффективных масс или подвижностей носителей заряда по различным кристаллографическим осям. Так как структура и свойства зоны проводимости и валентной зоны одного и того же полупроводника могут существенно отличаться, то характер и значение тензочувствительности в полупроводнике с n- и p-типом электропроводимости могут быть различны. Поэтому малая тензочувствительность в n-полупроводнике еще не означает, что она не может быть большой в p-полупроводнике того же самого материала.

Кроме большой тензочувствительности, материал для тензочувствительных полупроводниковых приборов должен обладать химической инертностью, иметь высокое значение разрушающего механического напряжения, т. е. быть механически прочным, иметь большую ширину запрещенной зоны, позволяющую делать тензоприборы с большой максимальной допустимой температурой.

Основным материалом для изготовления полупроводниковых тензорезисторов в настоящее время является кремний. Это объясняется не только тем, что кремний лучше других полупроводников удовлетворяет перечисленным требованиям для изготовления тензорезисторов, но и тем, что свойства кремния исследованы наиболее детально, налажена промышленная технология получения однородных монокристаллов кремния с малым числом дефектов, что, в свою очередь, позволяет выбирать материал с нужными параметрами и известной температурной зависимостью удельного сопротивления, а также облегчает создание невыпрямляющих контактов.

Заключение

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

Полупроводники - это новые материалы, с помощью которых на протяжении последних десятилетий удаётся разрешать ряд чрезвычайно важных электротехнических задач. В настоящее время насчитывается свыше двадцати различных областей, в которых с помощью полупроводников разрешаются важнейшие вопросы эксплуатации машин и механизмов, контроля производственных процессов, получения электрической энергии, усиления высокочастотных колебаний и генерирования радиоволн, создания с помощью электрического тока тепла или холода, и для осуществления многих других процессов.

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.

Подводя итоги сказанному выше можно заключить, что материаловедение полупроводников - это научная дисциплина, изучающая закономерности образования металлических и полупроводниковых фаз (элементарных веществ, растворов, соединений, сплавов), в равновесных и неравновесных условиях, влияние химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов фаз на свойства материалов, а также разрабатывающая научные и практические пути воздействия на их фазовый состав, структуру и физико-химические свойства.

Список литературы

1. Глазов В. М., Земсков В. С. Физико-химические основы легирования полупроводников. -М.: Наука, 1967. -С. 371.

2. Беляев А. И. Физико-химические основы очистки металлов и полупроводниковых материалов. -М.: Металлургия, 1973. -С.224.

3. Фистуль В. И. Физика и химия твердого тела. Т. 2. -М.: Металлургия, 1995. -С. 320.

4. Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках. -М.: Мир, 1977. -С. 562.

5. Самсонов Г. В., Бондарев В. Н. Германиды. -М.: Металлургия, 1968. -С. 220.

6. Уфимцев В. Б., Лобанов А. А. Гетерогенные равновесия в технологии полупроводниковых материалов. -М.: Металлургия, 1981. -С. 216.

7. Пфанн В. Зонная плавка. -М.: Мир, 1970. -С. 366.

8. Нисельсон Л. А., Ярошевский А. Г. Межфазовые коэффициенты распределения. Равновесия кристалл-жидкость и кристалл-пар. -М.: Наука, 1992. -С. 390.

9. Вигдорович В. Н., Вольпян А. Е., Курдюмов Г. М. Направленная кристаллизация и физико-химический анализ. -М.: Химия, 1976. -С. 198.

10. Мильвидский М. Г., Пелевин О. В., Сахаров Б. А. Физико-химические основы получения разлагающихся полупроводниковых соединений. -М.: Металлургия, 1974. -С. 392.

11. Горелик С. С., Дашевский М. Я. Материаловедение полупроводников и металловедение. -М.: Металлургия, 1973. -С. 496.

12. Левицкий Ю. Т. Макроскопические дефекты кристаллической структуры и свойства материалов. -М.: Наука, 1988. -С. 200.

13. Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://kristall.lan.krasu.ru/

Размещено на Allbest.ru