§ 2. Полупроводниковые материалы

Полупроводниковыми материалами являются твердые кристал­лические вещества с электронной проводимостью, которые по удель­ному электрическому сопротивлению при нормальной температуре занимают промежуточное положение между проводниками (метал-дами) и диэлектриками (изоляторами) (табл. 8).

Таблица 8

Материал	Удельное элект­рическое сопро­тивление, Ом-м	Температурный коэффициент сопротивления ар	Проводимость
Проводники	10-8 — 10-5	Положительный	Электронная
Полупроводники	10-8 — 10+8	Отрицательный	»
Диэлектрики	10-11 — 10+17	»	Ионная и элек­тронная

Электропроводность полупроводников в значительной степени зависит от внешних энергетических воздействий, а также от при­сутствия различных примесей в структуре полупроводника.

Полупроводниковые материалы подразделяют на простые полу­проводники, полупроводниковые химические соединения и много­фазные полупроводниковые материалы. К простым полупро­водникам относят германий, кремний, селен и другие элементы, основные параметры которых: приведены в табл. 9.

Таблица 9

Параметры	Германий	Кремний	Селен
Плотность при 20 °С, Мг/м3	5,3	2,3	4,8
Удельное сопротивление при 20 °С, Ом-м	0,68	2-103	—
Работа выхода электронов, эВ	4,8	4,3	2,85
Объемная плотность (кон­центрация) носителей, м~3	2,5-1019	1016	—
Подвижность электронов, м2/(В-с)	0,39	0,14	—
Подвижность дырок, м2/(В-с)	0,19	0,05	0,2*10-4
Первый ионизационный по­тенциал, В	8,1	8,14	9,75
Диэлектрическая проницае­мость	16	12,5	- 6,3
Постоянная решетки, нм	0,566	0,542	0,436
Температура плавления, °С Теплота плавления, Дж/кг	936 4,1*106	1414 1,6*106	220 6,4*104
Температурный коэффици­ент линейного расширения (0 — 100°С)аг10-в, К-1	6	4,2	2,5
Удельная теплопроводность, Вт/ (м- К)	55	80	3
Удельная теплоемкость (0-100°С), Дж/(кг-К)	333	710	330

Полупроводниковые химические соединения, соответствующие общим формулам, составлены из элементов раз­личных групп таблицы Д. И. Менделеева, например: (А В — SiC; A^IIIB^V — GaAs; InSb; A^IIB^VI — CdS; SnSe), а также из некото­рых оксидов (например, Cu₂O) и веществ сложного состава.

Многофазными полупроводниковыми являются материалы с полупроводящей или проводящей фазой из карбида кремния, графита и других элементов, сцепленных керамической или иной связкой.

В пределах одного полупроводникового изделия создаются об­ласти электронной n (от лат. negative — отрицательный) и дырочной р (от лат. positive — положительный) проводимостей. На границе раздела р- и n-областей возникает запирающий слой, который обусловливает выпрямительный эффект для переменного тока. Это свой­ство электронно-дырочного перехода (р-л-перехода) лежит в основе работы выпрямительных диодов. Создавая в структуре полупровод­ника два и более взаимно связанных p-n-перехода, можно получить более сложные управляемые полупроводниковые приборы — транзис­торы, используемые для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Электропроводностью полупроводников можно управлять с по­мощью тепла, света, электрического поля или механических усилий, на чем основана соответственно работа терморезисторов, фоторези­сторов, варисторов, тензорезисторов.

Полупроводниковые системы лежат в основе интегральных мик­росхем (ИМС — микроэлектронных устройств), в которых активные (диоды, транзисторы) и пассивные (резисторы, конденсаторы) эле­менты, а также межэлементные соединения создаются в едином тех­нологическом процессе с использованием групповых методов изготов­ления элементов и соединяющих проводников. Элементы ИМС не имеют внешних выводов корпуса и не могут рассматриваться как отдельные изделия. Плотность монтажа элементов в ИМС может достигать сотен — тысяч в 1 см³. »

Благодаря применению ИМС в радиоэлектронной аппаратуре снижается количество соединений, а аппаратура становится более компактной и экономичной, повышается ее надежность и улучшаются рабочие характеристики.