Легирующие элементы V группы

Фосфор (Р). Известны две аллотропические модификации фосфора: белый и красный. Плотность белого фосфора 1800 кг/м³, красного 2340 кг/м³. Белый фосфор более активен, легко вступает в реакцию с другими элементами, на воздухе склонен к самовозго­ранию, очень ядовит. При медленном нагревании без доступа воз­духа до температуры 300°С белый фосфор переходит в более устой­чивый красный фосфор. Красный фосфор возгоняется без плавле­ния при температуре около 420° С.

Красный фосфор является основным легирующим элементом для получения монокристаллов кремния и германия с электронной электропроводностью. Растворимость фосфора в полупроводнико­вых материалах очень высока (в кремнии до 10²⁸ атом/м³, в герма­нии до 2·10²⁶ атом/м³). Но из-за высокой летучести (давление паров при 500°С более 1 МПа) фосфор вводят в расплавы в виде лигатур и сплавов. С кремнием и германием фосфор может обра­зовывать фосфиды SiP и GeP.

Фосфор применяют и для синтеза полупроводниковых соединений с элемен­тами III группы.

Мышьяк (As). Известны три модификации мышьяка: одна аморфная и две кристаллические (желтая и серая). В полупроводниковом производстве используют кристаллический ромбоэдриче­ский мышьяк серо-стального цвета, быстро тускнеющий на воздухе, имеющий плотность 5730 кг/м³. При нормальном давлении мышьяк возгоняется без плавления при температуре 600° С. Расплавить его удается под давлением 3,5 МПа при t=814°С.

По свойствам мышьяк ближе к неметаллам, химическая актив­ность его невысока. При нагревании на воздухе мышьяк окисляет­ся до мышьяковистого ангидрида As2O3. Растворяется мышьяк в азотной кислоте. Все соединения трехвалентного мышьяка ядо­виты.

Мышьяк — прекрасный легирующий донорный элемент. Раство­римость мышьяка в кремнии достигает рекордной цифры — 2·10²⁷ атом/м³, в германии — 2·10²⁶ атом/м³. Мышьяк образует двух- и четырехвалентные соединения с кремнием и германием ти­пов SiAs2 и SiAs. Широко используют мышь­як в электродных сплавах для создания p-n-переходов и омических контактов как с кремнием, так и с германием. Все большее зна­чение приобретает полупроводниковое соединение — арсенид галлия.

Сурьма (Sb) — очень хрупкий металл серебристого цвета. Существует сурьма в нескольких аллотропических формах; устой­чивая серая модификация имеет ромбоэдрическую структуру.

Промышленность выпускает сурьму высокой чистоты, с содер­жанием примесей не более 10^-3% (марка Су000).

Плотность сурьмы 6690 кг/м³, температура плавления 630° С. Сурьма устойчива на воздухе, при нагревании окисляется, образуя Sb₂O₃, быстро растворяется в концентрированной азотной кислоте. Сурьма хорошо сплавляется со многими металлами, придавая им хрупкость.

Сурьма является основным легирующим элементом при получе­нии монокристаллических слитков германия с электронной элект­ропроводностью. Максимальная растворимость сурьмы в германии 10²⁵ атом/м³. Используют сурьму и для легирования монокристал­лов кремния, особенно тех его марок, которые предназначены для эпитаксиального наращивания. Растворимость сурьмы в кремнии составляет 4·10²⁵ атом/м³.

Соединение сурьмы с цезием используют для изготовления фотокатодов.