Простые полупроводники VI группы

Из элементов VI группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева полупроводниковыми свойствами обладают сера, селен и теллур. Из них в качестве простого полупроводника нахо­дит применение только селен, а теллур и серу используют лишь в составе их соединений — сульфидов и теллуридов.

Селен (Se) существует в нескольких аллотропических формах, а также в аморфном виде.

Свойства различных модификаций селена весьма сильно отли­чаются друг от друга. В табл. 17.2 приведены основные параметры наиболее устойчивой и широко применяемой гексагональной моди­фикации.

Технический селен содержит 1-2,5% примесей, имеет γ=10^-3 см/м и непосредственно для полупроводникового производ­ства не пригоден. Для предварительной очистки селена и отделения его от теллура используют химические методы, а для окончатель­ной очистки — физические методы (вакуумная дистилляция, зонная плавка и др.).

Промышленность выпускает селен марок СЧ-1 и СЧ-2, содержа­щих соответственно 99,998% и 99,992% чистого селена с удельной проводимостью около 10^-10 См/м

Для производства полупроводниковых приборов используют кристаллический гексагональный селен. Получают его нагреванием селена любой другой аллотропической формы до температуры 180-220°С, близкой к температуре плавления. По величине удельно­го сопротивления селен близок к диэлектрикам, но, по-видимому, за счет примесей всегда обладает дырочной электропроводностью. В зависимости от способа измерений получают различные значения ширины запрещенной зоны ∆W=1,2—2 эВ. Селен обладает высо­ким коэффициентом термо-э, д. с, порядка 600 мкВ/К.

Его используют для изготовления выпрямителей, фоторезисторов и фотоэлементов. Селен почти прозрачен в инфракрасной области спектра. Это позволяет использовать его в качестве фильтров и защитных покрытии в при­борах инфракрасного диапазона.

Легирующие элементы III группы

Бор (В) является полупроводниковым материалом с шириной запрещенной зоны 1,54 эВ, но самостоятельного применения в по­лупроводниковом производстве в настоящее время не нашел.

Известны несколько кристаллических модификаций бора с плот­ностью около 2340 кг/м³. В полупроводниковом производстве ис­пользуют аморфную разновидность бора, представляющую собой порошок темно-бурого цвета с плотностью 1730 кг/м³. Температура плавления чистого бора 2175°С.

При комнатной температуре бор химически пассивен, устойчив к воздействию воды и воздуха. Растворяется в концентрированной азотной кислоте и царской водке. При температуре 700° С бор сго­рает на воздухе. С металлами бор образует соединения бориды. Карбид бора SiB используют в качестве абразивного материала, по твердости он уступает лишь алмазу.

Бор прекрасно растворяется как в кремнии, так и в германии, где его растворимость достигает соответственно 10²⁷ и 10²⁶ атом/м³. Это обусловило широкое применение бора во всех процессах леги­рования. Бор является основным элементом для придания моно­кристаллам и эпитаксиальным слоям кремния и германия дырочной электропроводности.

Алюминий (А1) - металл с высокой проводимостью. Его используют для легирования монокристаллического кремния некоторых низкоомных марок. Его предельная растворимость достигает 2·10²⁷ атом/м³ в германии и 10²⁵ атом/м³ в кремнии. Широко используют алюминий для созда­ния омических контактов методом напыления в вакууме. В сплав­ной технологии алюминий применяют для создания р-n-переходов в кремнии n-типа. В этих случаях алюминий используют в виде тонкой проволоки или фольги.

Галлий (Ga) представляет собой хрупкий серебристый металл с синеватым оттенком.

Плотность галлия 5910 кг/м³, температура плавления очень низкая (29,8°С), поэтому в чистом виде галлий практически не применяют. Кристаллизуется галлий в виде необычной для метал­лов ромбической решетки. При низкой температуре галлий хими­чески устойчив, в воде и на воздухе не окисляется. Галлий образует одно-, двух- и трехвалентные соединения, из которых наиболее устойчивы трехвалентные.

Галлий является основным легирующим элементом для получе­ния монокристаллов германия с дырочной электропроводностью.

Его растворимость в германии достигает 7·10²⁶ атом/м³. Галлий используют в электродных сплавах, предназначенных как для соз­дания р-n-переходов, так и для получения омических контактов с германием. Галлий и еuj соединения ядовиты.

Индий (In) представляет собой очень мягкий серебристо-бе­лый металл.

Промышленность выпускает индий с содержанием чистого про­дукта до 99,9995%. Низкая температура плавления индия (155°С). При ком­натной температуре индий устойчив на воздухе, слабо окисляется в воде, растворяется в кислотах. В наиболее устойчивых соедине­ниях индий трехвалентен.

Индий хорошо сплавляется с германием, что позволяет его использовать в качестве основы электродных сплавов, но раство­римость его в германии не высока (до 10²⁵ атом/м³). Поэтому для получения ярко выраженных областей /г-типа (например, эмиттерных областей транзисторов) используют добавку галлия. В качест­ве легирующих добавок индий входит в состав электродных сплавов для кремния. Тонкие пленки индия, осаждаемые в вакууме, используют в про­изводстве пленочных фоторезисторов и других полупроводниковых приборов в качестве электродов. Индий входит в состав полупро­водниковых соединений с элементами V группы периодической системы.