Кто изобрел полупроводники


2.8. Полупроводники

Самое удивительное в будущем – это мысль о том, что наше время будут называть старыми добрыми временами.

Джон Стейнбек

Время, место

Событие

1833 г., Англия

Майкл Фарадей обнаружил «полупроводниковые» свойства сульфида серебра

1874 г., Германия

Фердинанд Браун описывает свойства полупроводников проводить ток только в одну сторону

1906 г., США

Гринлиф Виттер Пикард получает патент на кристаллический детектор

1923 г., Россия

Олег Владимирович Лосев получил патент на детекторный приём-ник-гетеродин

1930 г., Германия

Юлиус Лилиенфельд запатентовал полупроводниковый усилитель (полевой транзистор)

1942 г., США

Компании Sylvania и Western Eletkric начали выпуск кремниевых диодов

1946 г., США

Выпуск Д.П. Эккертом и Д.У. Моучли первой электронно-вычислительной машины «ЭНИАК»

1947 г., 19 декабря, США

Под руководством Уильяма Шокли Джон Бардин и Уоттер Браттейн и создали точечный германиевый триод (первый полупроводниковый транзистор)

1953 г., Германия

Генрих Велькер синтезировал арсенид галлия — основу будущих лазеров и светодиодов

1956 г., США

Выпуск первого видеомагнитофона компанией «Ампекс»

1969 г, США

Заработала компьютерная сеть ARPANET – праобраз современной всемирной сети INTERNET

1976 г., США

Ст. Джопс и Ст. Возняк создают первый персональный компьютер «Apple II»

1982 г., Япония

Sony Philips создан цифровой оптический диск записи информации - CD

Открытие полупроводников и создание полупроводниковых приборов по праву считается одной из важнейших инноваций ушедшего века. Именно это открытие вызвало лавину новых технических изобретений, стало причиной нового витка научно-технической революции, привело к появлению компьютеров, интернета, сотовых телефонов и качественно изменило нас. Теперь человека можно называть не «человек разумный», а «человек информационный».

Датой рождения полупроводниковой электроники можно считать 1833 год, когда Майкл Фарадей обнаружил, что электропроводность сульфидов серебра с ростом температуры не уменьшается, как это характерно для металлов, а наоборот, увеличивается.

Немного отвлечёмся от полупроводниковой темы и ещё раз удивимся тому, как Фарадей, подобно талантливому футболисту-нападающему, оказывается в нужном месте и в нужное время. Только футболист за один матч может иметь несколько таких моментов, а моментов появления новых технических направлений развития Цивилизации всего несколько за всю историю Человечества. И во главе двух из них оказался Майкл Фарадей!

Так что отдадим должное Фарадею, не будем требовать от него невозможного – естественно, что объяснения этому явлению он не дал, а лишь описал его, открыв тем самым эру полупроводников.

Следующая дата, связанная с историей полупроводников – 1874 год. В статье журнала Analen der Phusik und Chemie немецкий учёный Фердинанд Браун описывает интересные свойства некоторых «серных металлов» проводить электрический ток только в одну сторону. Интересное свойство контакта металла и полупроводника проводить ток в одном направлении противоречит закону Ома. Казалось бы, надо всесторонне исследовать это явление, но современники просто не заметили этого факта, как и весьма неуклюжих попыток Брауна дать этому какие-то объяснения.

С высоты сегодняшнего дня, времени сотовых телефонов и компьютеров, мы, конечно, можем обвинить учёных того времени в недальновидности, но это будет несправедливо. Сложно, а порой и невозможно рассмотреть в рядовой статье зародыш будущей технологии. Тем более, что таких зародышей направлений развития техники, взаимоисключающих друг друга, может быть много. В бескомпромиссной конкурентной борьбе технической эволюции победитель определяется по факту через десятки, а то и через сотни лет. Легко предсказывать события и давать им объяснения после того, как они произошли!

Сегодня выходят тысячи и десятки тысяч статей научно-технического содержания. Можно сказать определённо, что среди них обязательно есть и те, которые неузнаваемо изменят мир будущего. Найдите эти статьи, займитесь описываемой в них проблематикой и возможно, что вы станете лауреатом Нобелевской премии. Если же вы начнёте делать на этом бизнес, то непременно станете миллиардером!

Но вернёмся к истории развития полупроводников, которая преподнесёт нам ещё много весьма поучительных примеров.

В 1906 году американец Гринлиф Виттер Пикард получает патент на кристаллический детектор, получивший название «Кошачий ус». Название связывается с внешним видом этого детектора: тонкая металлическая проволока, осуществляющая точечный контакт с поверхностью полупроводника, действительно сильно напоминает кошачий ус. Этот экстравагантный по внешнему виду прибор позволяет выпрямлять и демодулировать высокочастотный переменный ток. Проблема заключается в том, что для удовлетворительной работы устройства необходимо найти наиболее подходящие точки на поверхности полупроводника. Но поиск таких точек стал бессмысленным с появлением вакуумных ламп, которые сразу и надолго решили проблемы выпрямления тока. «Кошачий ус» не без оснований тут же отнесли к бесперспективной ветви технической эволюции и отправили умирать в архивы и технические музеи. Наступил период царствования вакуумных ламп.

Но развитие полупроводников не прекратилось. Подобно тому, как млекопитающие прятались до поры до времени в тени царствующих динозавров, подбирая крошки с их стола, полупроводники медленно, но верно продолжали под звуки ламповых радиоприёмников своё пока незаметное шествие к мировому господству.

Следующая страница этой истории связана с удивительным человеком, нашим соотечественником – Олегом Владимировичем Лосевым, широко известным за рубежом, но незаслуженно забытым у себя на родине.

Свою карьеру Лосев начинает в 1920 году, тогда ему исполнилось 17 лет. Сбывается мечта его жизни – его берут посыльным в Московский институт связи, где по вечерам ему разрешено работать в лаборатории. Молодому посыльному дают самый бесперспективный участок – разработку кристаллического детектора. Так как все трудились в области «новейших технологий», связанных с лампами, никто не хотел заниматься тупиковой темой полупроводников. Именно поэтому посыльный Лосев имеет возможность работать в одиночку и полностью самостоятельно.

Специалистам того времени было хорошо известно, что в полупроводниковом детекторе нельзя создать высокочастотные колебания и получить усиление в принципе. Но вчерашний школьник этого не знает… Он скрупулезно и трудолюбиво экспериментирует, фиксирует и находит точку в кристалле, позволяющую генерировать в нём высокочастотные сигналы!

Свои результаты Лосев представляет в скромной статье журнала «Телеграфия и телефония без проводов» в 1922 году. То, чего не может быть, Лосевым объясняется довольно путано и странно. Сегодня, анализируя эту статью, становится понятно, что молодой сотрудник Московского института связи пытался объяснить квантовые эффекты задолго до появления квантовой механики. Он создал туннельный диод, за «переоткрытие» которого японский физики Лео Исаки получил Нобелевскую премию в 1977 году.

В 1923 году Лосев получил патент на детекторный приёмник-гетеродин, а в 1924 году выпускает брошюру под названием «Кристадин». Миллионы радиолюбителей Советского Союза используют изобретение Лосева. Статьи Лосева публикуются в ведущих отечественных и иностранных технических журналах. Начинается активное обсуждение работ двадцатилетнего изобретателя. Его изобретение иначе как сенсационным и не называют. Автор одной из американских статей Хьго Генсбек не только восторженно отзывается о изобретении, но предусмотрительно и меркантильно регистрирует торговую марку «Кристадин».

Далее Лосев работает в Ленинградском физико-техническом институте. Позже было найдено письмо Лосева, датированное 12 июля 1939 года. В нём он чётко указывает на возможность построения полупроводниковой системы, выполняющей функции вакуумного триода, и высказывает намерение напечатать по этому поводу ряд статей. Если бы это произошло, то наш соотечественник стал бы изобретателем транзистора и, можно сказать, официально бы «разрезал ленточку», открывающую эпоху транзисторной научно-технической революции. Но в 1935 году по причине очередной реорганизации Лосев остаётся без работы. Может быть, это послужило косвенной причиной того, что эти статьи так и не были опубликованы. С трудом всемирно известный изобретатель устраивается ассистентом в Первый медицинский институт, где пытается продолжать свои исследования в мало подходящих для этого условиях. Олег Владимирович Лосев умер от голода в блокадном Ленинграде 22 января 1942 года. Ему было всего 38 лет. Вместе с Лосевым исчез первый шанс СССР вовремя войти в новый технологический уклад.

Основоположниками и первооткрывателями транзистора стали американцы Уильям Шокли, Джон Бардин и Уоттер Браттейн, которые работали в научно-конструкторском центре корпорации American Telepone and Telegraph. Именно они и создали точечный германиевый триод (первый полупроводниковый транзистор). Известна точная дата рождения транзистора – 19 декабря 1947 года. В этот день уставший от длительной и неудачной работы Браттейн случайно сдвинул иголки, определяющие зону управления транзистором, очень близко и, кроме того, ещё и перепутал их полярность. Экран осциллографа равнодушно высветил картинку, к которой они безуспешно стремились несколько лет – было видно значительное усиление сигнала.

30 июня 1948 года в Нью-Йорке прошла открытая презентация транзистора. Она, к удивлению изобретателей, не вызвала интереса общественности. Заметка об этом эпохальном открытии была опубликована на 46 странице «Нью-Йорк Таймс» в рубрике «Новости радио» и осталась совершенно незамеченной. Но к ещё большему удивлению и разочарованию изобретателей и корпорации результат никак не заинтересовал военных, на выгодные контракты с которыми сильно рассчитывали. Специалисты Пентагона, внимательно изучающие любые технические новинки через призму начавшейся с СССР гонки вооружений, не увидели перспектив показанного им изобретения. Это, как ни странно покажется на первый взгляд, для научно-технического прогресса оказалось даже полезным. Работы не засекретили, а чтобы получить хоть какую-то прибыль, корпорация начала продавать лицензии на изготовление транзисторов и даже организовала учебные центры и школы. И это был еще один хороший шанс для Советского Союза заполучить транзистор, но и он был не использован. Логика вполне понятна, если американские военные не заинтересовались изобретением, то с чего бы нашим военным тратить на это деньги?

Всего на полгода позже был изобретён и европейский транзистор, авторами которого были немцы, работавшие во Франции, Герберт Матаре и Генрих Велкер. Но лавры первооткрывателей им, понятное дело, не достались. Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн были удостоены Нобелевской премии 1956 года по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». На церемонии вручения Э.Г. Рудберг, член Шведской королевской академии наук, назвал их достижение «образцом предвидения, остроумия и настойчивости в достижении цели».

Вскоре все радиоприёмники стали содержать транзисторы, их даже начали так и называть – «транзисторы». Компоненты ракет, радиолокационных станций, систем управления нельзя представить без транзисторов. Начался очередной виток научно-технической революции, определяющий значение и вес государств в мировой политике и экономике. Советский Союз неоднократно имел все шансы одним из первых включиться в эту гонку. Если бы Лосеву создали не то что благоприятные, а хотя бы элементарно сносные условия для работы, если бы была куплена лицензия на транзисторы, пока она была в свободной продаже…

Но история, как известно, не терпит сослагательного наклонения. Поэтому почти все последующие изобретения, связанные с полупроводниковой техникой, были сделаны в США. А наша отечественная техника, несмотря на свои многочисленные преимущества, надолго приобрела недостаток, связанный со слабой электроникой.

Итак, начинается стремительное развитие полупроводников. Постоянно улучшаются их рабочие характеристики, повышается надёжность. Для удовлетворения непрерывно возрастающих запросов на усложнение техники требуется всё большее количество транзисторов. Особенно важной становится задача уменьшения их размеров.

Гордон Мур, Шелдон Робертс, Евгений Клайнер, Роберт Нойс, Виктор Гринич, Джулиус Бланк, Джин Хоерни и Джей Ласт в 1957 году за собственные средства приступают к разработке технологии массового производства кремниевых транзисторов по методу двойной диффузии и химического травления. Эта технология позволяла одновременно получать на одной пластине сразу сотни транзисторов. Через полгода работы они смогли продать компании IBM 100 первых транзисторов по цене 150 долларов за штуку. Так появились интегральные схемы (чипы), которые в 1960-е годы сразу же стали использовать в производстве калькуляторов и компьютеров. Это позволило на порядок уменьшить размеры приборов и увеличить их производительность.

В 1970-х годах стали рождаться фирмы, являющиеся сегодня супергигантами мировой экономики. Так, в 1968 году Гордон Мур и Роберт Нойс основали Intel. Компания MOTOROLA, до этого специализировавшаяся на производстве автомобильных радиоприемников, в 1974 году активно включается в техническую гонку и выпускает на рынок микроконтроллер MC6800, который на долгие годы становится востребованным в автомобильной и бытовой электронике.

Рынок электронных компонентов стал для промышленности своего рода «клондайком», где поворотливые компании сколачивали миллионы и миллиарды. Небывалыми темпами строились заводы по производству микросхем, старые компании очень быстро разорялись или перепрофилировались. Производство ламп свёрнуто ударными темпами, зато постоянно расширяется номенклатура выпускаемых полупроводников: аналоговые и цифровые микросхемы, диоды, ВЧ транзисторы и тиристоры. Никогда до этого промежуток времени между открытием и промышленным внедрением не был таким коротким. Но и этого уже было недостаточно. Быстрота развития и изменения интегральных схем привела к принципиально новому принципу создания технических устройств. В 70-е годы в университете Беркли США была разработана программа SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), которая предназначалась для моделирования интегральных схем на электрическом уровне и позволяла проверять правильность работы схемы на уровне виртуальной компьютерной модели. Теперь уже стало не надо создавать физический прототип, чтобы выявить принципиальные ошибки проектирования схемы – это можно было быстро сделать на модели.

К сожалению, СССР с его плановой экономикой не мог угнаться за Западом. Нельзя сказать, что ничего не делалось: в 1963 году был создан Центр микроэлектроники в г. Зеленограде; Ф.А.Щиголь разработал планарные транзисторы 2Т312 и 2Т319, ставшие основным активным элементом гибридных схем; в 1964 году созданы первые интегральные схемы ИС-»Тропа» с 20 элементами на кристалле; в 1966 году начат выпуск логических и линейных интегральных схем; в 1968 НИИ «Пульсар» выпустил партию первых гибридных тонкопленочных итегральных схем с планарными бескорпусными транзисторами, предназначенных для телевидения, радиовещания и связи; в 1969 году Жорес Иванович Алферов сформулировал и практически реализовал свои идеи управления электронными и световыми потоками в полупроводниках. В 2000 году за исследования в области информационных и коммуникационных технологий он был удостоен Нобелевской премии.

Но всё же отечественная промышленность неудержимо отставала от мировой. К середине 1990-х годов российская электроника имела годовые объемы вложений 150 млн. долларов, а мировой рынок оценивается в 210 млрд. долларов. Результаты этого отставания сегодня мы воочию можем увидеть в магазине: в продаже нет ни отечественных телефонов, ни компьютеров, ни другой многочисленной техники со сложной электроникой.

Сегодня развитие техники, связанное с уменьшением размеров полупроводниковых приборов, с увеличением их быстродействия, продолжается уже на наноуровне. В 2006 году в США создан транзистор из одиночной молекулы углерода, ученым из IBM удалось впервые в мире создать полнофункциональную интегральную микросхему на основе углеродной нанотрубки, способную работать на терагерцевых частотах. Такой второй качественный скачок, позволит, как это случилось в 1960-е годы, создать совершенно новую элементную базу, отличающуюся высокой компактностью, низким энергопотреблением и невиданным ранее быстродействием.

Первый полупроводниковый скачок позволил создать совершенно новый тип техники, не имевший ранее аналогов – компьютер. Это вызвало к жизни новые виды досуга, например, такие как компьютерные игры, появилась всемирная сеть Интернет, мощный рывок сделала медицина, создание человеко-машины – киборга стало вполне реальной перспективой самого ближайшего будущего. И причина всех этих изменений – изобретение какого-то неприметного полупроводникового транзистора.

Что будет создано на новом витке полупроводниковой революции? И какое место займёт на новом рынке российское производство? Ждать осталось недолго.

Темы для докладов и рефератов

Принцип действия, устройство и технология изготовления полупроводникового транзистора.

Жизнь и изобретения Олега Владимировича Лосева.

История развития компании «Intel».

Экономические и социальные последствия полупроводниковой «революции».

Нанотранзисторы будущего.

Дискуссии

Как обеспечить развитие технических инноваций в России?

Литература

  1. Гуреева, Ольга. Транзисторная история / О. Гуреева. Компоненты и технологии. №9. 2006.

  2. Официальный сайт журнала «Наука и жизнь». – www.nkj.ru.

studfiles.net

| ����

Information Technologies and Security. Computer Forensics '2010

With broadening application of information technologies cyber crimes pose a real threat for society. Violations of information security and data leakage, frauds in electronic payments systems, theft and destruction of sensitive information and documents cost companies and state organizations billions dollars annually. Investigation of these crimes is very difficult task for law-enforcement bodies and corporate security services all over the world.

Development of Ukraine is defined by rapid integration to global international computer systems. At the same time there are some objective and subjective factors that lower the efficiency of fight against cyber crimes. The most important among them are inadequate awareness of existing procedures and technologies of computer forensics, lack of experienced specialists, deficiencies of law and so on. 10th International Scientific and Applied Conference “Information Technologies and Security. Computer Forensics” takes place in Sevastopol, Ukraine on June 25-29. Conference is organized by National Academy of Sciences of Ukraine, State Administration of Communications of Ukraine, State Service of Special Communication and Information Protection of Ukraine, Institute for Information Recording of NAS of Ukraine, EPOS Ltd.

The main purpose of the event is to discuss existing problems related to cyber crime, cyber law and international criminal cooperation and elaborate the prospective ways of their solution. The Conference gives academics, experts and consultants an opportunity to exchange the experience and present the best practices and advanced technologies in the field of computer forensics and information security.

Main topics
  • Computer forensics
  • Mobile forensics
  • Network forensics
  • Data acquisition
  • Data recovery
  • Fast imaging
  • Password recovery
  • TEMPEST security
  • Intrusion detection / prevention systems
  • Insider attacks prevention
  • Secure data erasure 
  • Cryptography
  • Steganography
  • Cyber crime in Ukraine
  • Legal aspects of fight against cyber crimes
  • Anti-piracy and enforcement of intellectual property policies
  • Other questions of information security

   For participation in the Conference are invited experts in the field of information security and computer forensics, chief information and security officers, representatives of state authorities, science community and non-governmental organizations.

Contact details

For the questions of registration and paper submission please contact: Lesia Zakutskaya, EPOS, tel. +380 44 531-4510, mobile +380 50 655-1707, e-mail: conference@epos.ua.

www.epos.ua

Полупроводники


Категория: История

  • Автор: Полковник
  • Просмотров: 11 440
  • Комментариев: 0
  • +8
  • После изобретения в 1904 г. Дж. Флемингом двухэлектродной лампы-диода и Л. Де Форестом в 1906 г. трехэлектродной лампы-триода в радиотехнике произошла революция. Эти изобретения позволили усиливать не только телеграфные сигналы, но и перейти к радиотелефонии — передаче по радио человеческого голоса. Помимо этого, они позволили усиливать высокочастотные колебания.

    Началось бурное развитие радиотехники. Но одновременно с ним выявились недостатки применения вакуумных электронных приборов. Электронная лампа имеет небольшой срок службы. Приняв средний срок службы лампы за 500 часов, при количестве ламп в одном устройстве 2000 штук в среднем каждые 15 минут следовало бы ожидать отказа по крайней мере 1 лампы. Для обнаружения неисправности следовало проверить как минимум несколько сотен ламп. Самой уязвимой частью ламп является нить накала. При включении и выключении прибора нить поочередно раскаляется и охлаждается, что повышает вероятность ее перегорания. Для разогрева лампы требуется мощность в сотые доли ватта. Помноженная на количество ламп потребная мощность достигает нескольких сотен, а иногда тысяч ватт.Недостатки электронных ламп особенно остро выявились в конце 40-х—начале 50-х гг. прошлого века с появлением первых электронно-вычислительных машин. Их надежность и размеры определялись именно размерами, энергетической емкостью и надежностью используемых в них вакуумных ламп.Выход из кризиса открыли полупроводниковые приборы, которые, несмотря на свои недостатки, имели явные преимущества по сравнению с лампами: небольшие размеры, мгновенная готовность к работе ввиду отсутствия нити накала, отсутствие хрупких стеклянных баллонов. Эти необходимые в то время свойства побудили к поиску способов устранения недостатков полупроводников.Исследования проводимости различных материалов начались непосредственно в XIX в. сразу после открытия гальванического тока.Первоначально их делили на две группы: проводники электрического тока и диэлектрики, или изоляторы. К первым относятся металлы, газы и растворы солей. Их способность проводить ток объясняется тем, что их электроны сравнительно легко отрываются от атома. Особый интерес представляли те из них, которые обладали низким электрическим сопротивлением и могли применяться для передачи тока (медь, алюминий, серебро).К изоляторам относятся такие вещества, как фарфор, керамика, стекло, резина. Их электроны прочно связаны с атомами.Позже были открыты материалы, чьи свойства не подходили полностью ни под одну из вышеназванных категорий.Эти вещества получили название полупроводников, хотя они вполне заслуживали и названия «полуизоляторы». Они проводят ток несколько лучше, чем изоляторы, и значительно хуже проводников.К полупроводникам относится большая группа веществ, среди которых графит, кремний, бор, цезий, рубидий, галлий, кадмий и различные химические соединения — окислы и сульфиды, большинство минералов и некоторые сплавы металлов. Особенно велико значение германия, а также кремния, благодаря которым произошла поистине техническая революция в электротехнике.Изучение свойств полупроводников начались, когда возникла потребность в новых источниках электричества. Это заставило исследователей обратиться к изучению явлений, связанных с образованием так называемой контактной разности потенциалов. Было замечено, в частности, что многие материалы, не являющиеся проводниками тока, электризуются при соприкосновении между собой. Первые опыты в этом направлении проводились в XIX в. Г. Дэви и A. G. Беккерелем.Еще одно направление в исследовании полупроводников появилось в процессе изучения проводимости таких веществ, как минералы, соединения металлов с серой и кислородом, кристаллы, различные диэлектрики и т. п. В этих работах исследовалась величина проводимости и влияние на нее температуры. Исследование в середине XIX в. ряда колчеданов и окислов показало, что с увеличением температуры их проводимость быстро возрастает. Многие кристаллы (горный хрусталь, каменная соль, железный блеск) проявляли анизотропию (неодинаковость свойств внутри тела) по отношению к электропроводности. В 1907 г. Пирс открыл униполярную (одностороннюю) проводимость в кристаллах карборунда: их проводимость в одном направлении оказалась примерно в 4000 раз большей, чем в противоположном.В ходе этих исследований было также установлено, что существенное влияние на проводимость полупроводников оказывают содержащиеся в них примеси. В 1907—1909 гг. Бедекер заметил, что проводимость йодистой меди и йодистого калия существенно возрастает, примерно в 24 раза, при наличии примеси йода, не являющегося проводником.Во II половине XIX в. были открыты еще 2 явления, связанные с полупроводниками - фотопроводимость и фотоэффект.Было обнаружено, что световые лучи влияют на проводимость отдельных веществ, среди которых особое место занимал селен. Влияние света на проводимость селена впервые открыл в 1873 г. Мэй, о чем сообщил В. Смиту, которому иногда приписывают честь этого открытия.Необычные свойства селена использовались в ряде приборов. Так, В. Сименс соорудил физическую модель глаза с подвижными веками и с селеновым приемником на месте сетчатой оболочки. Его веки закрывались, когда к нему подносили свечу. Тот же Сименс, используя свойства селена, построил другой оригинальный физический прибор — фотометр с селеновым приемником. Корн пытался построить телефонограф, служащий для передачи изображений на расстояние.К другому сходному явлению, связанному с действием света на материалы, можно отнести фотоэффект. Впервые это явление открыл в I половине XIX в. А. С. Беккерель. Сущность его наблюдений сводилась к тому, что два одинаковых электрода, помещенные в одном электролите при одинаковых условиях, обнаруживали разность потенциалов, когда на один из них направляли поток света.В 1887 г. Герц заметил подобное же явление в газовой среде. Он установил, что ультрафиолетовый свет, испускаемый одной искрой, облегчает прохождение разряда в соседнем искровом промежутке, если при этом освещается отрицательный электрод. Наблюдение Герца, изученное затем А. Г. Столетовым, привело к открытию фотоэлектрического эффекта, заключающегося в испускании телами отрицательного электричества под влиянием света.В радиотехнике вначале нашли применение некоторые окислы, в частности кристаллы цинкита и халькопирита. Было обнаружено, что они обладают свойством выпрямлять электрический ток. Это позволило применять их для детектирования радиосигналов — отделения тока звуковой частоты от несущих сигналов. В первых любительских радиоприемниках начала XX в. для детектирования использовались настоящие полупроводники. Но обращение с ними требовало больших усилий. Для приема сигналов требовалось попасть тонкой иглой в определенную точку на кристалле. Это было целое искусство и те, кто им владел, ценились на вес золота. Замена кристаллов лампами значительно упростила работу радистов.Низкая надежность работы радиоустройств с большим количеством вакуумных электронных ламп в начале 20-х годов XX в. заставила вспомнить, что кристаллический детектор, подобный углесталистому детектору А. С. Попова, обладает не менее широкими возможностями, чем электронная лампа. В 1922 г. сотрудник Нижегородской радиолаборатории О. В. Лосев обнаружил возможность получения незатухающих колебаний с помощью полупроводникового кристаллического диода. Свой прибор Лосев назвал кристодином. На его основе ученый создал различные полупроводниковые усилители для радиоприемников.Многие предрекали, что кристаллы со временем займут место вакуумных ламп. Но в 1920—1930-е гг. этого не произошло. Лампы удовлетворяли тогдашние запросы, постепенно раскрывались их новые достоинства и возможности.А полупроводниковые кристаллы в то время лишь начали изучать, технологи не имели возможности производить чистые, лишенные примесей кристаллы. Многие годы физики исследовали процессы, протекающие в полупроводниках на уровне микроструктуры, и на основе этих исследований пытались объяснять их свойства. Оказалось, что так же, как и в изоляторах, в полупроводниках все электроны прочно связаны с атомами. Но эта связь непрочна, и при нагреве или под действием света некоторым электронам удается вырваться из притяжения атомов. С появлением свободных электронов электрическая проводимость полупроводников резко возрастает.В отличие от проводников, носителями тока в полупроводниках могут быть не только электроны, но и «дырки» — места на орбите положительно заряженных частиц — ионов, образовавшихся после потери электрона. Положительный заряд этих частиц стремится захватить недостающий электрон у одного из соседних атомов. Таким образом, «дырка» путешествует по полупроводнику, переходя от атома к атому. Вместе с ней путешествует и положительный заряд, равный по значению отрицательному заряду электрона.Один и тот же полупроводник может обладать либо электронной, либо дырочной проводимостью. Все зависит от химического состава введенных в него примесей. Так, небольшая добавка в германий примесей, богатых электронами, например мышьяка или сурьмы, позволяет получить полупроводник с электронной проводимостью, так называемый полупроводник n-типа (от лат. negativus — отрицательный). Добавка же алюминия, галлия или индия приводит к избытку «дырок» и образованию дырочной проводимости. Такие проводники называются проводниками р-типа (от лат. positivus — положительный).Развитие полупроводников в 20—30-е гг. прошлого века позволило создать полупроводниковые приборы, термоэлектрогенераторы, сегнетоэлектрические и фотоэлектрические приборы.В 1929 г. советский ученый А. Ф. Иоффе высказал мысль о возможности получения с помощью термоэлектрического генератора из полупроводников электроэнергии с КПД в 2,5—4%. Уже в 1940—194.1 гг. в Советском Союзе были получены полупроводниковые термоэлементы с КПД в 3%.Во второй половине 20-х гг. XX в. были созданы твердые выпрямители переменного тока, представлявшие собой окисленную медную пластинку. Позже их стали делать из селена. Серьезным недостатком первых твердых выпрямителей были большие тепловые потери. Использование новых веществ, в частности германия, позволило резко их снизить. Были созданы опытные образцы выпрямителей переменного тока из германия и аналогичных полупроводниковых материалов с КПД до 98—99%. Полупроводниковые выпрямители удобны в эксплуатации, поскольку они миниатюрны и прочны, не требуют тока накала, потребляют немного энергии и долговечны.Изучение свойств кристаллов показало, что выпрямление и детектирование тока происходит не на границе кристалла и металла, а вследствие образования на поверхности кристалла оксидной пленки. Для выпрямления было необходимо, чтобы пленка также обладала полупроводниковыми свойствами. Причем ее проводимость должна была отличаться от проводимости самого кристалла: если кристалл обладал п-проводимостью, то пленка должна иметь р-проводимость — и наоборот. В этом случае кристалл и пленка образуют полупроводниковый вентиль, пропускающий ток только в одну сторону.Постепенно ученые научились получать чистые кристаллы кремния и германия, добавляя затем в них нужные примеси, создающие необходимый тип проводимости.В начале Второй мировой войны для обеспечения приема и выпрямления сантиметровых волн в США для радиолокации стали примяться германиевые и кремниевые детекторы, обладавшие большой устойчивостью. Вскоре после войны были разработаны полупроводниковые усилители и генераторы.1 июля 1948 г. в газете «Нью-Йорк тайме» появилась заметка о демонстрации фирмой «Белл телефон лабораториз» прибора под названием «транзистор». Он представлял собой полупроводниковый триод, несколько напоминавший по конструкции кристаллические детекторы 20-х годов. Транзистор создали физики Дж. Бардин и У. Браттейн. Его устройство было простым: на поверхности пластинки из германия, с одним общим электродом-основанием, были помещены два близко расположенных металлических стержня, один из которых был включен в пропускном, а другой — в запорном направлении. При этом пластинка обладала р-проводимостью, а стержни — n-проводимостью. Концентрация случайных примесей в пластинке германия не превышала 10'6%.В 1951 г. У. Шокли создал первый плоскостной триод, в котором контакт между зонами с п- и р-проводимостью осуществлялся по всей торцовой поверхности кристаллов. У него, как и у точечного транзистора, был предшественник. В свое время радиолюбители, чтобы избавиться от необходимости искать необходимую точку на кристаллическом детекторе, решили перейти к плоскостным контактам, создав плоскостной диод. В нем использовались кристаллы цинкита и халькопирита. Но он обладал малой надежностью, поскольку из-за плохой поверхности окислов выпрямление осуществлялось лишь в отдельных точках.В 1956 г. Бардин, Браттейн и Шокли были удостоены Нобелевской премии по физике за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта.Надежно работающие плоскостные полупроводниковые диоды и триоды были созданы только после изучения свойств полупроводниковых кристаллов и овладения технологией изготовления сверхчистых материалов.Преимуществом плоскостных контактов по сравнению с точечными является их способность пропускать более сильный ток. Но при этом они имеют значительно большую паразитную емкость, вред которой возрастает с повышением частоты сигналов.Поэтому плоскостные диоды и триоды применяются для обработки и усиления низкочастотных сигналов, а точечные, называемые также кристаллическими детекторами, для детектирования слабых сигналов высоких и сверхвысоких частот.Область применения полупроводников не ограничивалась радиотехникой. Еще в 1932 г. А. Ф. Иоффе создал из закиси меди, а затем из селена фотоэлементы, вырабатывавшие при их освещении электрический ток без помощи внешних источников энергии. Однако их КПД при использовании солнечной энергии не превышал 0,05—0,1%. Но уже перед Великой Отечественной войной в СССР были созданы фотоэлементы из сернистого таллия и сернистого серебра с КПД до 1%.В 1954 г. был создан кремниевый фотоэлемент. В этом же году впервые была построена солнечная батарея, состоявшая из большого числа кремниевых фотоэлементов. В начале 1955 г. были созданы фотоэлементы с КПД до 6%. Современные фотоэлементы имеют КПД до 20% и выше.Располагая полупроводниковый диод рядом с радиоактивным материалом, получают атомную батарею, которая может вырабатывать электрическую энергию на протяжении многих лет.На основе полупроводников были созданы фотодиоды. В сочетании с электрическими счетчиками они ведут учет движущихся объектов — от производимых деталей до пассажиров в метро. Приборы, созданные с применением фотодиодов, могут определять бракованные изделия на конвейере и выключать оборудование, если в его опасную зону попадают руки рабочих.

    Создание приборов на основе полупроводников произвело в середине XX в. техническую революцию. Дальнейшее их развитие привело к созданию интегральных микросхем, появлению новых поколений электронно-вычислительных машин и персональных компьютеров. Сейчас ни одна область науки и техники не обходится без их применения.

    Комментарии

    myrt.ru

    Полупроводник - это... Что такое Полупроводник?

    Монокристаллический кремний — полупроводниковый материал, наиболее широко используемый в промышленности на сегодняшний день

    Полупроводни́к — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.[1]

    Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка нескольких электрон-вольт (эВ). Например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а арсенид индия — к узкозонным. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.). Почти все неорганические вещества окружающего нас мира — полупроводники. Самым распространённым в природе полупроводником является кремний, составляющий почти 30 % земной коры.

    В зависимости от того, отдаёт ли примесной атом электрон или захватывает его, примесные атомы называют донорными или акцепторными. Характер примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается.

    Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи температуры абсолютного нуля полупроводники имеют свойства диэлектриков.

    Механизм электрической проводимости

    Полупроводники характеризуются как свойствами проводников, так и диэлектриков. В полупроводниковых кристаллах атомы устанавливают ковалентные связи (то есть, один электрон в кристалле кремния, как и алмаза, связан двумя атомами), электронам необходим уровень внутренней энергии для высвобождения из атома (1,76·10−19 Дж против 11,2·10−19 Дж, чем и характеризуется отличие между полупроводниками и диэлектриками). Эта энергия появляется в них при повышении температуры (например, при комнатной температуре уровень энергии теплового движения атомов равняется 0,4·10−19 Дж), и отдельные атомы получают энергию для отрыва электрона от атома. С ростом температуры число свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому в полупроводнике, не содержащем примесей, удельное сопротивление уменьшается. Условно принято считать полупроводниками элементы с энергией связи электронов меньшей чем 1,5—2 эВ. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется у собственных (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.

    Дырка

    Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. Это обуславливает переход электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда перешёл электрон, входит другой электрон из другого атома и т. д. Это обуславливается ковалентными связями атомов. Таким образом, происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома. Этот условный положительный заряд называют дыркой.

    Обычно подвижность дырок в полупроводнике ниже подвижности электронов.

    Энергетические зоны

    Между зоной проводимости Еп и валентной зоной Ев расположена зона запрещённых значений энергии электронов Ез. Разность Еп−Ев равна ширине запрещенной зоны Ез. С ростом ширины Ез число электронно-дырочных пар и проводимость собственного полупроводника уменьшается, а удельное сопротивление возрастает.

    Подвижность

    Основная статья: Подвижность носителей заряда

    Подвижность электронов (верхняя кривая) и дырок (нижняя кривая) в кремнии в зависимости от концентрации атомов примеси

    Подвижностью называют коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью носителей тока и величиной приложенного электрического поля

    При этом, вообще говоря, подвижность является тензором:

    Подвижность электронов и дырок зависит от их концентрации в полупроводнике (см. рисунок). При большой концентрации носителей заряда, вероятность столкновения между ними вырастает, что приводит к уменьшению подвижности и проводимости.

    Размерность подвижности — м²/(В·с).

    Собственная плотность

    При термодинамическом равновесии, плотность электронов полупроводника связана с температурой следующим соотношением:

    где:

     — Постоянная Планка  — масса электрона  — температура;  — уровень проводимой зоны - уровень Ферми;

    Также, плотность дырок полупроводника связана с температурой следующим соотношением:

    где:

     — Постоянная Планка;  — масса дырки;  — температура;  — уровень Ферми;  — уровень валентной зоны.

    Собственная плотность связана с и следующим соотношением:

    Виды полупроводников

    По характеру проводимости

    Собственная проводимость

    Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».

    Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением:

    где  — удельное сопротивление,  — подвижность электронов,  — подвижность дырок,  — их концентрация, q — элементарный электрический заряд (1,602·10−19 Кл).

    Для собственного полупроводника концентрации носителей совпадают и формула принимает вид:

    Примесная проводимость

    Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.

    По виду проводимости

    Электронные полупроводники (n-типа)
    Полупроводник n-типа

    Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.

    Проводимость N-полупроводников приблизительно равна:

    Дырочные полупроводники (р-типа)
    Полупроводник p-типа

    Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.

    Проводимость p-полупроводников приблизительно равна:

    Использование в радиотехнике

    Полупроводниковый диод

    Основная статья: Диод

    Полупроводниковый диод состоит из двух типов полупроводников — дырочного и электронного. В процессе контакта между этими областями из области с полупроводником n-типа в область с полупроводником p-типа проходят электроны, которые затем рекомбинируют с дырками. Вследствие этого возникает электрическое поле между двумя областями, что устанавливает предел деления полупроводников — так называемый p-n переход. В результате в области с полупроводником p-типа возникает некомпенсированный заряд из отрицательных ионов, а в области с полупроводником n-типа возникает некомпенсированный заряд из положительных ионов. Разница между потенциалами достигает 0,3-0,6 В.

    Связь между разницей потенциалов и концентрацией примесей выражается следующей формулой:

    где  — термодинамическое напряжение,  — концентрация электронов,  — концентрация дырок,  — собственная концентрация[2].

    В процессе подачи напряжения плюсом на p-полупроводник и минусом на n-полупроводник внешнее электрическое поле будет направлено против внутреннего электрического поля p-n перехода и при достаточном напряжении электроны преодолеют p-n переход, и в цепи диода появится электрический ток (прямая проводимость). При подаче напряжения минусом на область с полупроводником p-типа и плюсом на область с полупроводником n-типа между двумя областями возникает область, которая не имеет свободных носителей электрического тока (обратная проводимость). Обратный ток полупроводникового диода не равен нулю, так как в обоих областях всегда есть неосновные носители заряда. Для этих носителей p-n переход будет открыт.

    Таким образом, p-n переход проявляет свойства односторонней проводимости, что обуславливается подачей напряжения с различной полярностью. Это свойство используют для выпрямления переменного тока.

    Транзистор

    Основная статья: Транзистор

    Транзистор — полупроводниковое устройство, которое состоит из двух областей с полупроводниками p- или n-типа, между которыми находится область с полупроводником n- или p-типа. Таким образом, в транзисторе есть две области p-n перехода. Область кристалла между двумя переходами называют базой, а внешние области называют эмиттером и коллектором. Самой употребляемой схемой включения транзистора является схема включения с общим эмиттером, при которой через базу и эмиттер ток распространяется на коллектор.

    Биполярный транзистор используют для усиления электрического тока.

    Типы полупроводников в периодической системе элементов

    В нижеследующей таблице представлена информация о большом количестве полупроводниковых элементов и их соединений, разделённых на несколько типов:

    • одноэлементные полупроводники IV группы периодической системы элементов,
    • сложные: двухэлементные AIIIBV и AIIBVI из третьей и пятой группы и из второй и шестой группы элементов соответственно.

    Все типы полупроводников обладают интересной зависимостью ширины запрещённой зоны от периода, а именно — с увеличением периода ширина запрещённой зоны уменьшается.

    Физические свойства и применение

    Прежде всего, следует сказать, что физические свойства полупроводников наиболее изучены по сравнению с металлами и диэлектриками. В немалой степени этому способствует огромное количество эффектов, которые не могут быть наблюдаемы ни в тех ни в других веществах, прежде всего связанные с устройством зонной структуры полупроводников, и наличием достаточно узкой запрещённой зоны. Конечно же, основным стимулом для изучения полупроводников является производство полупроводниковых приборов и интегральных микросхем — это в первую очередь относится к кремнию, но затрагивает и другие соединения (Ge, GaAs, InP, InSb).

    Кремний — непрямозонный полупроводник, оптические свойства которого широко используются для создания фотодиодов и солнечных батарей, однако его очень трудно заставить работать в качестве источника света, и здесь вне конкуренции прямозонные полупроводники — соединения типа AIIIBV, среди которых можно выделить GaAs, GaN, которые используются для создания светодиодов и полупроводниковых лазеров.

    Собственный полупроводник при температуре абсолютного нуля не имеет свободных носителей в зоне проводимости в отличие от проводников и ведёт себя как диэлектрик. При легировании ситуация может поменяться (см. вырожденные полупроводники).

    В связи с тем, что технологи могут получать очень чистые вещества, встаёт вопрос о новом эталоне для числа Авогадро.

    Легирование

    Основная статья: Легирование

    Объёмные свойства полупроводника могут сильно зависеть от наличия дефектов в кристаллической структуре. И поэтому стремятся выращивать очень чистые вещества, в основном для электронной промышленности. Легирующие примеси вводят для управления величиной и типом проводимости полупроводника. Например, широко распространённый кремний можно легировать элементом V подгруппы периодической системы элементов — фосфором, который является донором, и создать n-Si. Для получения кремния с дырочным типом проводимости (p-Si) используют бор (акцептор). Также создают компенсированные полупроводники с тем чтобы зафиксировать уровень Ферми в середине запрещённой зоны.

    Методы получения

    Свойства полупроводников зависят от способа получения, так как различные примеси в процессе роста могут изменить их. Наиболее дешёвый способ промышленного получения монокристаллического технологического кремния — метод Чохральского. Для очистки технологического кремния используют также метод зонной плавки.

    Для получения монокристаллов полупроводников используют различные методы физического и химического осаждения. Наиболее прецизионный и дорогой инструмент в руках технологов для роста монокристаллических плёнок — установки молекулярно-лучевой эпитаксии, позволяющей выращивать кристалл с точностью до монослоя.

    Оптика полупроводников

    Поглощение света полупроводниками обусловлено переходами между энергетическими состояниями зонной структуры. Учитывая принцип запрета Паули, электроны могут переходить только из заполненного энергетического уровня на незаполненный. В собственном полупроводнике все состояния валентной зоны заполнены, а все состояния зоны проводимости незаполненные, поэтому переходы возможны лишь из валентной зоны в зону проводимости. Для осуществления такого перехода электрон должен получить от света энергию, превышающую ширину запрещённой зоны. Фотоны с меньшей энергией не вызывают переходов между электронными состояниями полупроводника, поэтому такие полупроводники прозрачны в области частот , где  — ширина запрещённой зоны,  — постоянная Планка. Эта частота определяет фундаментальный край поглощения для полупроводника. Для полупроводников, которые зачастую применяются в электронике (кремний, германий, арсенид галлия) она лежит в инфракрасной области спектра.

    Дополнительные ограничения на поглощение света полупроводников накладывают правила отбора, в частности закон сохранения импульса. Закон сохранения импульса требует, чтобы квазиимпульс конечного состояния отличался от квазиимпульса начального состояния на величину импульса поглощённого фотона. Волновое число фотона , где  — длина волны, очень мало по сравнению с волновым вектором обратной решётки полупроводника, или, что то же самое, длина волны фотона в видимой области намного больше характерного межатомного расстояния в полупроводнике, что приводит к требованию того, чтобы квазиимпульс конечного состояния при электронном переходе практически равнялся квазиимпульсу начального состояния. При частотах, близких к фундаментальному краю поглощения, это возможно только для прямозонных полупроводников. Оптические переходы в полупроводниках, при которых импульс электрона почти не меняется называются прямыми или вертикальными. Импульс конечного состояния может значительно отличаться от импульса начального состояния, если в процессе поглощения фотона участвует ещё одна, третья частица, например, фонон. Такие переходы тоже возможны, хотя и менее вероятны. Они называются непрямыми переходами.

    Таким образом, прямозонные полупроводники, такие как арсенид галлия, начинают сильно поглощать свет, когда энергия кванта превышает ширину запрещённой зоны. Такие полупроводники очень удобны для использования в оптоэлектронике.

    Непрямозонные полупроводники, например, кремний, поглощают в области частот света с энергией кванта чуть больше ширины запрещённой зоны значительно слабее, только благодаря непрямым переходам, интенсивность которых зависит от присутствия фононов, и следовательно, от температуры. Граничная частота прямых переходов кремния больше 3 эВ, то есть лежит в ультрафиолетовой области спектра.

    При переходе электрона из валентной зоны в зону проводимости в полупроводнике возникают свободные носители заряда, а следовательно фотопроводимость.

    При частотах ниже края фундаментального поглощения также возможно поглощение света, которое связано с возбуждением экситонов, электронными переходами между уровнями примесей и разрешенными зонами, а также с поглощением света на колебаниях решётки и свободных носителях. Экситонные зоны расположены в полупроводнике несколько ниже дна зоны проводимости благодаря энергии связи экситона. Экситонные спектры поглощения имеют водородоподобную структуру энергетических уровней. Аналогичным образом примеси, акцепторы или доноры, создают акцепторные или донорные уровни, лежащие в запрещённой зоне. Они значительно модифицируют спектр поглощения легированного полупроводника. Если при непрямозонном переходе одновременно с квантом света поглощается фонон, то энергия поглощенного светового кванта может быть меньше на величину энергии фонона, что приводит к поглощению на частотах несколько ниже по энергии от фундаментального края поглощения.

    Список полупроводников

    Полупроводниковые соединения делят на несколько типов:

    • простые полупроводниковые материалы — собственно химические элементы: бор B, углерод C, германий Ge, кремний Si, селен Se, сера S, сурьма Sb, теллур Te и йод I. Самостоятельное применение широко нашли германий, кремний и селен. Остальные чаще всего применяются в качестве легирующих добавок или в качестве компонентов сложных полупроводниковых материалов;
    • в группу сложных полупроводниковых материалов входят химические соединения, обладающие полупроводниковыми свойствами и включающие в себя два, три и более химических элементов. Полупроводниковые материалы этой группы, состоящие из двух элементов, называют бинарными, и так же, как это принято в химии, имеют наименование того компонента, металлические свойства которого выражены слабее. Так, бинарные соединения, содержащие мышьяк, называют арсенидами, серу — сульфидами, теллур — теллуридами, углерод — карбидами. Сложные полупроводниковые материалы объединяют по номеру группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, к которой принадлежат компоненты соединения, и обозначают буквами латинского алфавита (A — первый элемент, B — второй и т. д.). Например, бинарное соединение фосфид индия InP имеет обозначение AIIIBV

    Широкое применние получили следующие соединения:

    AIIIBV
    • InSb, InAs, InP, GaSb, GaP, AlSb, GaN, InN
    AIIBV AIIBVI
    • ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdTe, HgSe, HgTe, HgS
    AIVBVI
    • PbS, PbSe, PbTe, SnTe, SnS, SnSe, GeS, GeSe

    а также некоторые окислы свинца, олова, германия, кремния а также феррит, аморфные стёкла и многие другие соединения (AIBIIIC2VI, AIBVC2VI, AIIBIVC2V, AIIB2IIC4VI, AIIBIVC3VI).

    На основе большинства из приведённых бинарных соединений возможно получение их твёрдых растворов: (CdTe)x(HgTe)1-x, (HgTe)x(HgSe)1-x, (PbTe)x(SnTe)1-x, (PbSe)x(SnSe)1-x и других.

    Соединения AIIIBV, в основном, применяются для изделий электронной техники, работающих на сверхвысоких частотах

    Соединения AIIBV используют в качестве люминофоров видимой области, светодиодов, датчиков Холла, модуляторов.

    Соединения AIIIBV, AIIBVI и AIVBVI применяют при изготовлении источников и приёмников света, индикаторов и модуляторов излучений.

    Окисные полупроводниковые соединения применяют для изготовления фотоэлементов, выпрямителей и сердечников высокочастотных индуктивностей.

    Физические свойства соединений типа AIIIBV Параметры AlSb GaSb InSb AlAs GaAs InAs
    Температура плавления, К 1333 998 798 1873 1553 1218
    Постоянная решётки, Å 6,14 6,09 6,47 5,66 5,69 6,06
    Ширина запрещённой зоны ΔE, эВ 0,52 0,7 0,18 2,2 1,32 0,35
    Диэлектрическая проницаемость ε 8,4 14,0 15,9
    Подвижность, см²/(В·с):
    электронов 50 5000 60 000 4000 3400[3]
    дырок 150 1000 4000 400 460[3]
    Показатель преломления света, n 3,0 3,7 4,1 3,2 3,2
    Линейный коэффициент теплового расширения, K-1 6,9·10-6 5,5·10-6 5,7·10-6 5,3·10-6

    Группа IV

    • собственные полупроводники
      • Кремний, Si
      • Германий, Ge
      • Серое олово, α-Sn
    • составной полупроводник
      • Карбид кремния, SiC
      • Кремний-германий, SiGe

    Группа III-V

    • 2-х компонентные полупроводники
      • Антимонид алюминия, AlSb
      • Арсенид алюминия, AlAs
      • Нитрид алюминия, AlN
      • Фосфид алюминия, AlP
      • Нитрид бора, BN
      • Фосфид бора, BP
      • Арсенид бора, BAs
      • Антимонид галлия, GaSb
      • Арсенид галлия, GaAs
      • Нитрид галлия, GaN
      • Фосфид галлия, GaP
      • Антимонид индия, InSb
      • Арсенид индия, InAs
      • Нитрид индия, InN
      • фосфид индия, InP
    • 3-х компонентные полупроводники
      • AlxGa1-xAs
      • InGaAs, InxGa1-xAs
      • InGaP
      • AlInAs
      • AlInSb
      • GaAsN
      • GaAsP
      • AlGaN
      • AlGaP
      • InGaN
      • InAsSb
      • InGaSb
    • 4-х компонентные полупроводники
      • AlGaInP, InAlGaP, InGaAlP, AlInGaP
      • AlGaAsP
      • InGaAsP
      • AlInAsP
      • AlGaAsN
      • InGaAsN
      • InAlAsN
      • GaAsSbN
    • 5-ти компонентные полупроводники

    Группа II-VI

    • 3-х компонентные полупроводники
      • CdZnTe, CZT
      • HgCdTe
      • HgZnTe
      • HgZnSe

    Группа I-VII

    • 2-х компонентные полупроводники

    Группа IV-VI

    • 3-х компонентные полупроводники

    Группа V-VI

    • 2-х компонентные полупроводники

    Группа II—V

    • 2-х компонентные полупроводники

    Другие

    Органические полупроводники

    • Тетрацен
    • Пентацен
    • Акридон
    • Перинон
    • Флавантрон
    • Индантрон
    • Индол
    • Alq3

    Магнитные полупроводники

    • Ферромагнетики
      • Оксид европия, EuO
      • Сульфид европия, EuS
      • CdCr2Se4
      • GaMnAs
      • Pb1-xSnxTe легированный Mn2+
      • GaAs легированный Mn2+
      • ZnO легированный Co2+
    • Антиферромагнетики
      • Теллурид европия, EuTe
      • Селенид европия, EuSe
      • Оксид никеля, NiO

    См. также

    Примечания

    1. ↑ Н. С. Зефиров (гл. ред.). Химическая энциклопедия. — Москва: Большая Российская Энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 55. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85270-092-4
    2. ↑ Физические величины: справочник/ А. П. Бабичев Н. А. Бабушкина, А. М. Бартковский и др. под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.; Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с — ISBN 5-283-04013-5
    3. ↑ 1 2 Индия арсенид // Химическая энциклопедия

    • Тауц Я. Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках. М.: Издательство иностранной литературы, 1962, 256 с.
    • Тауц Я. Оптические свойства полупроводников. М.: Мир, 1967, 74 с.

    dic.academic.ru


    Смотрите также

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    *

    Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>