Физические свойства кремния и германия. Собственная и примесная проводимость элементарных полупроводников. Способы получения и методы очистки полупроводниковых материалов.

Другие предметы Университет Полупроводники физические свойства кремния физические свойства германия проводимость полупроводников примесная проводимость способы получения полупроводников методы очистки полупроводников элементарные полупроводники Новый

Физические свойства кремния и германия

Кремний (Si) и германий (Ge) являются полупроводниковыми материалами, которые широко используются в электронике. Рассмотрим их физические свойства:

• Кремний:
  • Температура плавления: 1414 °C
  • Кристаллическая структура: кубическая решетка с алмазной структурой
  • Электрическая проводимость: низкая при низких температурах, увеличивается с повышением температуры
  • Плотность: 2.33 г/см³
• Германий:
  • Температура плавления: 938 °C
  • Кристаллическая структура: также кубическая решетка с алмазной структурой
  • Электрическая проводимость: выше, чем у кремния при комнатной температуре
  • Плотность: 5.32 г/см³

Собственная и примесная проводимость элементарных полупроводников

Полупроводники могут иметь две основные категории проводимости:

• Собственная проводимость:

  Это проводимость, обусловленная собственными носителями заряда (электронами и дырками) в полупроводнике. При повышении температуры, тепловая энергия может разорвать ковалентные связи, создавая электроны и дырки. В кремнии и германии собственная проводимость становится заметной при температурах выше 300 K.

• Примесная проводимость:

  Это проводимость, вызванная добавлением примесей в полупроводник. Примеси могут быть донорными (например, фосфор для кремния) или акцепторными (например, бор для кремния). Донорные примеси добавляют дополнительные электроны, в то время как акцепторные создают дополнительные дырки. Это позволяет значительно увеличить проводимость полупроводников.

Способы получения и методы очистки полупроводниковых материалов

Получение и очистка полупроводниковых материалов — это важные этапы в производстве электронных устройств. Рассмотрим основные методы:

• Способы получения:
  • Метод Чохральского: используется для получения монокристаллов кремния и германия. В этом методе расплавленный материал медленно охлаждается, что позволяет кристаллам расти.
  • Метод зонной плавки: основан на перемещении зоны расплава по образцу, что позволяет очищать материал от примесей.
  • Синтез из газовой фазы: методы, такие как CVD (химическое осаждение из газовой фазы), позволяют получать тонкие пленки полупроводников на подложках.
• Методы очистки:
  • Физические методы: такие как центрифугирование и фильтрация, помогают удалить механические примеси.
  • Химические методы: включают травление (использование кислот или щелочей для удаления нежелательных слоев) и очистку с помощью газов.
  • Зонная плавка: как упоминалось ранее, этот метод позволяет значительно повысить чистоту полупроводников, удаляя примеси, которые концентрируются в расплавленной зоне.

Таким образом, кремний и германий имеют схожие физические свойства, но различаются по проводимости и плотности. Понимание их проводимости и методов получения и очистки является ключевым для разработки современных полупроводниковых технологий.