В начале 70-х гг. 20 в. наиболее распространённые П. м. — кремний и германий . Обычно их изготовляют в виде массивных монокристаллов , легированных различными примесями. Легированные монокристаллы Si с удельным сопротивлением 10-3 —104ом ×см получают преимущественно методом вытягивания из расплава (по Чохральскому), а легированные монокристаллы Ge с удельным сопротивлением 0,1—45 ом ×см получают, кроме того, зонной плавкой . Как правило, примесные атомы V группы периодической системы (Р, As и Sb) сообщают кремнию и германию электронную проводимость, а примесные атомы III группы (В, Al, Ga, In) — дырочную. Si и Ge обычно используют для изготовления полупроводниковых диодов , транзисторов , интегральных микросхем и т.д. Большую группу П. м. составляют химические соединения типа AIII BV (элементов III группы с элементами V группы) — арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs, InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и выращивание монокристаллов обычно производят в замкнутых сосудах из высокотемпературных химически инертных материалов, обладающих высокой прочностью, поскольку давление насыщенного пара над расплавом таких элементов, как Р и As, сравнительно велико. Примеси элементов II группы придают этим П. м., как правило, дырочную проводимость, а элементов IV группы — электронную. П. м. этой группы используют в основном в полупроводниковых лазерах , светоизлучающих диодах , Ганна диодах , фотоэлектронных умножителях , в качестве плёночных детекторов излучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных волн. П. м. типа Aii Bvi из которых наиболее широко применяют соединения ZnO, ZnS, CdS, CdSe, ZnSe, HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe, получают преимущественно с помощью химических реакций в газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное сопротивление и тип проводимости этих П. м. определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от стехиометрического (см. Стехиометрия ). Использование П. м. этого типа связано главным образом с их оптическими свойствами и фоточувствительностью. Поэтому их применяют в фоторезисторах , фотоэлементах , электроннолучевых приборах и приборах ночного видения, модуляторах оптического излучения (см. Модуляция света ) и т.д. К П. м. относят также некоторые аморфные стеклообразные халькогенидные системы, например сплавы Р, As, Sb, Bi с Ge, S, Se, Te, и оксидные системы, например V2 O5 — P2 O5 — Rx Oy, где R — металлы I — IV групп, х — число атомов металла и у — число атомов кислорода в окисле. Их используют главным образом в качестве оптических покрытий в приборостроении. Таблица некоторых физических свойств важнейших полупроводниковых материалов | Элемент, тип соедине- ния | Наиме- нование материа- ла | Ширина запрещенной зоны, эв | Подвижность носителей заряда, 300 K, см2 /(в ×сек ) | Кристал-лическая структура | Постоян- ная решётки, | Темпера- тура плавле- ния, °С | Упругость пара при темпера- туре плавле- ния, атм | | при 300 К | при 0 К | элек- троны | дырки | | Элемент | С (алмаз) | 5,47 | 5,51 | 1800 | 1600 | алмаз | 3,56679 | 4027 | 10-9 | | Ge | 0,803 | 0,89 | 3900 | 1900 | типа алмаза | 5,65748 | 937 | | | Si | 1,12 | 1,16 | 1500 | 600 | » | 5,43086 | 1420 | 10-6 | | a—Sn | | ~0,08 | | | » | 6,4892 | | | | IV—IV | a—SiC | 3 | 3,1 | 400 | 50 | типа сфалерита | 4,358 | 3100 | | | III—V | AISb | 1,63 | 1,75 | 200 | 420 | типа сфалерита | 6,1355 | 1050 | <0,02 | | BP | 6 | | | | » | 4,538 | >1300 | >24 | | GaN | 3,5 | | | | типа вюртцита | 3,186 (по оси a ) 5,176 (по оси с) | >1700 | >200 | | GaSb | 0,67 | 0,80 | 4000 | 1400 | типа сфалерита | 6,0955 | 706 | <4×10-4 | | GaAs | 1,43 | 1,52 | 8500 | 400 | то же | 5,6534 | 1239 | 1 | | GaP | 2,24 | 2,40 | 110 | 75 | » | 5,4505 | 1467 | 35 | | InSb | 0,16 | 0,26 | 78000 | 750 | » | 6,4788 | 525 | <4×10-5 | | InAs | 0,33 | 0,46 | 33000 | 460 | » | 6,0585 | 943 | 0,33 | | InP | 1,29 | 1,34 | 4600 | 150 | » | 5,8688 | 1060 | 25 | | II—VI | CdS | 2,42 | 2,56 | 300 | 50 | типа вюртцита | 4,16 (по оси a ) 6,756 (по оси с) | 1750 | | | CdSe | 1,7 | 1,85 | 800 | | типа сфалерита | 6,05 | 1258 | | ZnO | 3,2 | | 200 | | кубич. | 4,58 | 1975 | | ZnS | 3,6 | 3,7 | 165 | | типа вюртцита | 3,82 (по оси a) 6,26 (по оси с) | 1700 | | IV—VI | PbS | 0,41 | 0,34 | 600 | 700 | кубич. | 5,935 | 1103 | | | PbTe | 0,32 | 0,24 | 6000 | 4000 | то же | 6,460 | 917 |
П. м. в широких пределах изменяют свои свойства с изменением температуры, а также под влиянием электрических и магнитных полей, механических напряжений, облучения и др. воздействий. Этим пользуются для создания различного рода датчиков .
П. м. характеризуются следующими основными параметрами: удельным сопротивлением, типом проводимости, шириной запрещенной зоны, концентрацией носителей заряда и их подвижностью, эффективной массой и временем жизни. Ряд характеристик П. м., например ширина запрещенной зоны и эффективная масса носителей, относительно слабо зависит от концентрации химических примесей и степени совершенства кристаллической решётки. Но многие параметры практически полностью определяются концентрацией и природой химических примесей и структурных дефектов. Некоторые физические свойства важнейших П. м. приведены в таблице. В электронных приборах П. м. используют как в виде объёмных монокристаллов, так и в виде тонких моно- и поликристаллических слоев (толщиной от долей мкм до нескольких сотен мкм ), нанесённых на различные, например изолирующие или полупроводниковые, подложки (см. Микроэлектроника ). В таких устройствах П. м. должны обладать определёнными электрофизическими свойствами, стабильными во времени и устойчивыми к воздействиям среды во время эксплуатации. Большое значение имеют однородность свойств П. м. в пределах монокристалла или слоя, а также степень совершенства их кристаллической структуры (плотность дислокаций, концентрация точечных дефектов и др.). |
