1.3.2. Германий Ge.

Ge имеет более низкую T_ПЛ чем кремний, инертен к контейнерным материалам из кварца и графита, за счет этого чистые материалы полупроводников чистоты первыми были получены из Ge. Gе - элемент 4-й группы, кристаллическая решетка типа алмаз, связь между атомами ковалентная.

По n_i Ge превосходит Si, но в современном производстве полупроводниковых приборов Ge практически не используется. Это связано с:

1) небольшая ширина запрещенной зоны создает низкий мах предел ~70-80˚С, которая ещё снижается на 30% ,если учесть высокий температурный коэффициент;

2) к Ge неприменима современная планарно-эпитаксиальная технология, построенная на маскирующих свойствах собственного оксида. GeO при повышенных температурах взаимодействует с парами воды и растворяется.

3) довольно рассеянный элемент в земной коре.

Ge в настоящее время используется в детекторах ядерного излучения и в инфракрасной оптике для создания линз. Там требуются материалы высочайшей чистоты. Ge получают при переработке на кокс некоторых сортов угля, из свинцово-цинковых руд, тщательно собирают все отходы при производстве Ge.

Его получают:

1) GeO₂+4HCl GeCl₄+2H₂O

2) GeCl₄+H₂O  GeO₂+4HCl (гидролиз)

3) GeO₂+H₂  Ge+H₂O

Если используются отходы, то 1-я реакция заменяется на

Ge+2Cl₂  GeCl₄

П оликристаллический Ge используется в производстве монокристалли-ческого Ge методом Чахрайского ф до 300 - 500 мм. Монокристаллический Ge подверают очистке методом зонной плавки.

Примеси собираются в жидкой фазе, сгоняются к одному концу слитка и обрезаются, прогоняют от 5 до 10 раз и получают Ge требуемой чистоты.

1.4. Сложные полупроводники.

По применению на первом месте стоят A³B⁵. Это соединения алюминия (Аl), галия (Ga), индия (Jn) с фосфором (P), мышьяком (As), сурьмой (Sb) и называют их фосфиды, арсениды, антимониды. Тип связи - ковалентно-ионная с небольшой долей ионной связи.

Параметры	Фосфаты			Арсениды			Антимониды
	AlP	GaP	JnP	AlAs	GaAs	JnAs	AlSb	GaSb	JnSb
Tпл, С	2000	1467	1070	1770	1238	942	1060	710	525
З,эВ	2,45	2,26	1,36	2,16	1,43	0,36	1,58	0,72	0,18
n,	0,008	0,019	0,46	0,028	0,95	3,3	0,02	0,4	7,8
р,	0,003	0,012	0,015	-	0,045	0,046	0,088	0,14	0,075

В пределах каждой группы с ростом суммарной атомной массы элемента уменьшается Т_пл, твердость материала, растет подвижность и пластичность материала.

Р екордно высокая подвижность у JnSb. У всех полупроводников _n>_p, кроме AlSb. Все соединения, за исключением антимонидов, являются разлагающимися и при нагревании они разлагаются с интенсивным испарением компонента B⁵. Это затрудняет их синтез. Технология получения антимонидов - это простое сплавление компонентов. Монокристаллы получают методом Чахрайского, а очистку методом зонной плавки.

Д ля предотвращения испарения летучего компонента используется инертный флюс, который покрывает смесь расплавленных компонентов Аs и Ga. Для нагревания используется высокочастотный индуктор. Чистота получаемого этим методом GaAs определяется чистотой исходных компонентов, которая может быть недостаточно высокой, и это сказывается на качестве получаемого материала. Получение монокристаллического GaAs производится методом подобным методу Чахрайского.

Единственное отличие от метода Чахрайского в том, что вытягивание слитка идет из-под инертного флюса. При производстве собственного монокристаллического GaAs получают материал, имеющий слабо выраженную р-проводимость, за счет попадания атомов Si из контейнерного материала.

Для того чтобы устранить этот недостаток GaAs легируют атомами Cr. Хром, создавая глубокие примеси, связывает атомы Si и в тоже время не влияет на проводимость GaAs при легировании. Полученный GaAs называют полуизолирующим, он имеет большое удельное сопротивление 10⁷Омсм. При создании интегральных микросхем на основе такого GaAs не создают дополнительные изолирующие области между элементами. Для получения эпитаксиальных слоёв GaAs применяется молекулярно-лучевая эпитаксия.

П роцесс идет в вакууме 10^-7÷10^-5Па. Температура ~600÷800C. При нагревании исходных компонентов они испаряются, образуя молекулярные потоки, переносятся на подложку, где конденсируются. Величину молекулярного потока регулируют заслонки. Таким образом можно получить не только эпитаксиальные слои GaAs, но и более сложные структуры, например, тройные соединения Ga_(1-Х)Al_ХAs. Слои могут быть переменными по толщине, составу и структуре. В таких тройных соединениях ширина запрещённой зоны зависит от %-го содержания компонента, от x. GaAs - это полупроводниковый материал, который широко применяется в производстве туннельных диодов, диодов Ганна, инжекционных лазеров, полевых транзисторов с диодом Шотки (МЕП транзисторы), гетеропереходных МЕП транзисторов. Эти транзисторы используются в СВЧ диапазоне и на основе GaAs можно получить СВЧ приборы с частотой 100ГГц. Из сложных полупроводников этой группы перспективным материалом является фосфит индия (JnP). С его помощью можно получить приборы, работающие на частотах выше, чем GaAs, несмотря на то, что подвижность электронов GaAs выше, чем у JnP.

Соединения алюминия самостоятельного значения не имеют и они используются при создании твердых растворов сложных полупроводников Ga_(1-x)Al_xAs.