65)Характеристика Германия

Атомный номер 32, атомная масса 72,6. Отличается твердостью и хрупкостью. Не растворяется в воде и кислотах, за исключением царской водки (HF + HNO3). Незначительно окисляется на воздухе при комнатной температуре. Активное окисление заметно начиная с 500 °С и приводит к образованию GeO2.

В земной коре германий находится в рассеянном виде. Добывается как побочный продукт медно-свинцово-цинкового производства и коксования каменного угля. Высокая стоимость германия объясняется трудностью получения исходного сырья.

Маркировка. Первая буква обозначает название материала, вторая – тип электропроводности, третья – название легирующего элемента; числитель дроби показывает значение удельного электросопротивления (Ом  м), знаменатель – диффузионную длину неосновных носителей заряда (м). Например, ГДГ1,0/0,6 – германий с дырочной проводимостью, легированный галлием;  = 1  10–2 Ом  м, L = 0,6  10–3 м.

Монокристаллы германия применяют для создания дискретных приборов: разного рода диодов, выпрямителей, транзисторов, датчиков Холла, фотоэлементов, оптических фильтров и т. д.

66)67)68) Основные требования к полупроводниковым материалам.Сравнительная характеристика основных методов получения монокристаллов.Методы кристаллизации из расплава. Коэффициент сегрегации.

Параметры полупроводниковых материалов, а следовательно, и характеристики приборов, изготовленных из них, очень чувствительны к наличию примесей и других дефектов кристаллического строения. Поэтому к полупроводниковым материалам предъявляются жесткие требования по степени чистоты (предельно допустимому содержанию примесей), однородности и совершенства структуры.

При изготовлении большинства полупроводниковых приборов используют монокристаллические материалы, для получения которых существует много методов. Наиболее распространены методы направленной кристаллизации из расплава и газовой фазы.

Методы кристаллизации из расплава позволяют осуществлять:

• выращивание монокристалла полупроводника в заданном кристаллографическом направлении;

• очистку монокристалла от вредных примесей;

• введение в монокристалл легирующих примесей в требуемой концентрации для получения нужного типа проводимости;

• контроль распределения примеси по объему материала;

• минимизацию плотности дислокаций.

Важным обстоятельством использования методов кристаллизации из расплава является неодинаковая растворимость примесей в твердой и жидкой фазах. Интенсивность очистки или легирования определяется коэффициентом сегрегации:

К0 = СтвСж,

где Ств, Сж – концентрация примеси в твердой и жидкой фазах.

Эффективная очистка происходит, когда К0 < 1, при этом концентрация примеси в твердой фазе ниже, чем в расплаве.

Если К0 > 1, имеет место легирование; твердая фаза обогащается примесью.

Если К0 ~ 1, то не происходит ни очистки, ни легирования.

Методы кристаллизации из расплава подразделяются на две группы:

• методы выращивания из собственно расплава;

• методы зонной плавки (очистка, перекристаллизация).

69) Метод Чохральского.

Методом Чохральского называется метод вытягивания из расплава.

В тигель 7 с расплавом 2 опускают монокристаллическую затравку 4 (кусочек монокристалла, вырезанного в требуемом кристаллографическом направлении), выдерживают ее в расплаве, пока не оплавится. После этого, вращая шток 5, затравку медленно поднимают. За затравкой тянется жидкий столбик расплава, удерживаемый поверхностным натяжением. Попадая в область более низкой температуры над поверхностью тигля, расплав затвердевает, образуя целое с затравкой, и кристаллизуется, повторяя кристаллическую структуру затравки, в растущий монокристалл 6. Плавка полупроводника осуществляется в индукционной печи 8, температура контролируется термопарой 7. Для визуального контроля за процессом используют технологическое окно 3. Для обеспечения более равномерного роста слитка в процессе его выращивания тигель и затравку вращают с помощью штоков 9 и 5 в противоположных направлениях.

70) Метод зонной плавки.

В методе зонной плавки процесс проводится в реакторе 1, где в специальном кварцевом тигле 2 (в форме лодочки) помещен слиток 3. Через реактор непрерывно прокачивается защитный газ. Нагревателем 4 в слитке создается узкая расплавленная зона 5. Перемещение расплавленной зоны происходит в результате движения каретки 6, на которой установлен нагреватель. Расплавленная зона перемещается вдоль кристалла, захватывает примеси и уносит их в хвостовую часть слитка.

Метод основан на неодинаковой растворимости примесей, находящихся в жидкой и твердой фазах.