Детская энциклопедия

Меню сайта











Изготовление полупроводников

Стоит 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.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016