|
Меню сайта
Статистика
|
Изготовление полупроводниковИзготовление полупроводниковСтоит ввести в чистый полупроводник совсем небольшое количество другого химического элемента, как появляется либо избыток электронов, либо избыток дырок. Например, закись меди обогащается электронами, если меди в ней больше «нормы», если же в ней есть «лишний» кислород — дырками. Происходит это потому, что атомы кислорода оттягивают на себя электроны и создают избыток дырок, а атомы меди, наоборот, отдают свои электроны, создавая избыток электронного газа. Те полупроводники, в которых основные носители тока — электроны, называются электронными. А материалы с избытком дырок именуются дырочными полупроводниками. Изготовить полупроводник — дело очень нелегкое. Главная трудность — в очистке материалов. Например, полупроводниковый кристаллический германий надо так очистить, чтобы на миллион его атомов приходилось не более одного атома примесей. Еще большей чистоты требуют физики от кремния: на миллиард атомов не больше одного чужого! Современная техника справляется с такой очисткой материалов. Для этого применяют разные методы. Химики давно подметили, что кристалл всегда чище жидкости (раствора или расплава), из которой он выращен. Ведь в кристаллическую решетку встраиваются без помехи только атомы, принадлежащие веществу кристалла. Для других атомов в кристалле нет «подходящего места», и если они иногда «принимаются в строй», то лишь в виде исключения. Поэтому, например, лед на поверхности моря менее соленый, чем морская вода. Следовательно, чтобы очистить полупроводник, можно сначала расплавить его, а затем вырастить из расплава кристалл. Если эту операцию повторить многократно, с каждым разом кристаллы будут получаться все чище и чище. Такое выращивание кристалла — дело совсем не простое. Посуда для расплава должна быть жаростойкой и идеально чистой. На всем протяжении процесса должны быть обеспечены определенные, строго регулируемые условия. Кристаллизация — капризный процесс, и управлять ею нужно с исключительной аккуратностью. Германий до кристаллизации подвергают так называемой зонной плавке (рис. 5). Длинный германиевый слиток, положенный в графитовую лодочку, помещают в кварцевую трубку, из которой удален воздух (или заменен инертным газом). Трубку охватывает кольцевая высокочастотная электропечь, которая в каждый момент воздействует на сравнительно узкий участок слитка. Включается ток, высокочастотное поле расплавляет полупроводник. В твердом слитке получается жидкая перемычка. Кольцевая электропечь медленно (несколько сантиметров в час) продвигается вдоль трубки. Вместе с ней движется в слитке и расплавленная зона. Позади этой зоны, в затвердевающей части слитка, германий оказывается очищенным, потому что примеси переходят в зону расплава. Так эти примеси отгоняются к другому концу слитка. Зонная плавка, даже повторенная много раз, еще не обеспечивает нужную чистоту полупроводника. Германий надо подвергнуть кристаллизации в атмосфере очищенного водорода. Слиток, полученный после зонной плавки, расплавляют на этот раз целиком в идеально чистом тигле. В расплав опускают затравку — крошечный кусочек очень чистого германиевого кристалла (рис. 6). Затравку медленно поднимают и на ней «намерзают» слои очищенного полупроводника. При этом затравка плавно поворачивается вокруг своей оси, а тигель так же плавно поворачивается в другую сторону. Поэтому выращенный кристалл приобретает правильную цилиндрическую форму (рис. 7), и в нем равномерно распределены оставшиеся еще в германии примеси. Скорость кристаллизации (вытягивание затравки и ее вращение) регулируется очень тщательно — этим тоже достигается равномерность очистки. Так же как и зонная плавка, кристаллизация проводится несколько раз. Еще труднее очистить кремний. Графитовые тигли для этого непригодны: они недостаточно жаростойки (температура плавления у чистого кремния примерно 1400°Ц). Пользуются сверхчистыми кварцевыми тиглями или вовсе обходятся без тиглей: в вертикально укрепленном слитке ведут так называемую бестигельную зонную плавку (рис. 8) — перекристаллизацию «на весу». А это очень трудный и тонкий процесс. В многократно очищенный материал добавляют уже другие, но нужные примеси. Так получают полупроводники с самыми разнообразными свойствами и назначениями. Ничтожные добавки различных веществ превращают электронный полупроводник в дырочный, и наоборот. Тем же способом можно в сотни, в тысячи раз изменять электропроводность этих материалов и регулировать другие их свойства.
|
ПОИСК
Block title
|
