29771

Полупроводниковые соединения типа. Свойства соединений типа

Контрольная

Химия и фармакология

Применение соединений типа Наиболее широкое применение соединения находят в качестве люминофоров и материалов для фоторезистов. Изготовление фоторезистов на основе соединений типа связано прежде всего с использованием сульфида кадмия селенида кадмия твёрдые растворы на основе . На основе полупроводников типа изготавливают датчики различного диапазона излучения.

Русский

2013-08-21

23.32 KB

10 чел.

Полупроводниковые соединения типа .

Применение соединений типа

Наиболее широкое применение соединения  находят в качестве люминофоров и материалов для фоторезистов. По масштабу применения в качестве люминофора выделяется сульфид цинка . Он применяется при изготовлении электронно-лучевых трубок, люминесцентных осветительных ламп и т.д. Изготовление фоторезистов на основе соединений типа  связано, прежде всего, с использованием сульфида кадмия , селенида кадмия , твёрдые растворы на основе , . На основе этих материалов изготавливают самые чувствительные фоторезисторы в видимой части спектра. На основе полупроводников типа  изготавливают датчики различного диапазона излучения. Узкозонные полупроводники типа  представляют интерес для создания приёмников инфракрасного излучения. Одним из основных материалов инфракрасной оптоэлектроники являются твёрдые растворы на основе  (КРТ). На его основе изготавливают приёмники ИК излучения в диапазонах длин волн 1-3, 3-5, 8-14, 13-18 микрон с очень высокой чувствительностью. Диапазоны определяют окна прозрачности атмосферы. Используются подобные датчики для изготовления болометров. Это очень чувствительные приборы для измерения энергии излучения. На основе приёмников ИК излучения изготавливают тепловизоры, регистрирующие тепловое излучение. Такие приборы используются для дистанционного измерения температуры в астрономических исследованиях, для глобального контроля окружающей среды со спутников, изготовление спецтехники. Это приборы ночного видения, приборы обнаружения старта ракет, наведение средств доставки оружия к цели, определение местоположения подводных лодок. На основе широкозонных полупроводников типа  изготавливаются датчики ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения. Для изготовления детекторов рентгеновского и гамма-излучения используются твёрдые растворы , . Этот материал имеет достаточно большую ширину запрещённой зоны 1,6 эВ и большие атомные веса, входящих в него элементов, что как раз и важно в этом случае. Такие детекторы в матричном исполнении необходимы в медицине, где, например, в томографии, рентгеновских диагностических установках. Датчики рентгеновского излучения изготавливаются также на основе . Под действием рентгеновского излучения  начинает светиться, а его излучение принимает фоточувствительный элемент. Для изготовления дозиметров ультрафиолетового рентгеновского, гамма-излучения счётчика частиц используются также сульфид кадмия . Другой интересной областью использования соединений типа  является солнечная энергетика, с использованием  и  изготавливаются относительно дешёвые солнечные элементы. Плёнки на основе селенида ртути  и  и их твёрдых растворов изготавливают датчики Холла, обладающие высокой чувствительностью к магнитному полю. На основе  и  и их твёрдых растворов (КРТ) изготавливают инжекционные лазеры ИК диапазона. Монокристаллы широкозонного сульфида цинка используют для создания лазеров ультрафиолетового диапазона, однако, несмотря на все перечисленные применения, невозможность формирования обоих типов проводимости у многих соединений типа  существенно ограничивает их использование в электронной технике.

Свойства соединений типа

К соединениям типа  относятся халькогениды цинка, кадмия и ртути, т.е. сульфиды, селениды, теллуриды. Хальгонены – это химические элементы шестой группы. Химическая связь халькогенидов является ковалентной, однако, по сравнению с полупроводниками типа  в халькогенидах сильнее выражена ионная составляющая связи, что объясняется более сильным различием электроотрицательности составляющих их элементов. Из четырёх ковалентных связей две связи образованы по обычному механизму образования ковалентной связи, а две по донорно-акцепторному механизму. Соединения типа  имеют кристаллическую структуру сфалерита кубического типа или вюрцита гексагонального типа. Для всех соединений типа  сфалерит является низкотемпературной модификацией, а вюрцит высокотемпературной. Стабилизация той или иной модификации способствует введение различных добавок. Например, добавка сульфида кадмия  к сульфиду цинка  стабилизирует гексагональную модификацию , а добавка  – кубическую. Это имеет важное практическое значение, поскольку  с кубической структурой имеет повышенную яркость свечения. В гомологических рядах вниз по периодической системе уменьшается ширина запрещённой зоны и температура плавления соединения, а подвижность носителей возрастает. Причины те же, что и в соединениях . Ширина запрещённой зоны уменьшается для сульфидов от 3,74 до 1,78 эВ; для селенидов от 2,73 до 0,12 эВ; для теллуридов от 2,23 до 0,08 эВ. Температура плавления уменьшается от   до  для . Наибольшей подвижностью электронов среди всех соединений типа  обладают  и . Подвижность электронов в них более чем на порядок выше, чем в кремнии. Это и позволяет изготавливать на их основе приборы, обладающие высокой чувствительностью к магнитному полю. Из-за увеличения межатомных расстояний прочность химических связей падает при переходе от сульфидов к селенидам и далее к теллуридам, что и объясняет уменьшение температуры плавления. Халькогениды плохо растворимы в воде, химически стойки, слабо реагируют со многими кислотами. Характерной особенностью соединений  является то, что все они разлагаются при повышении температуры, при этом диссоциация происходит практически полностью. Поведение примесей в соединениях типа  в целом подчиняется тем же закономерностям, что и соединения , однако многие полупроводниковые соединения типа  проявляют электропроводность лишь одного типа независимо от условия получения и легирования кристалла. Сульфиды и селениды  всегда являются полупроводниками n-типа. , наоборот имеет лишь дырочную проводимость. Объясняется это отклонением состава соединений от стехиометрического и высокой концентрации дефектов в них, прежде всего вакансий. Поскольку полупроводниковые соединения типа  характеризуются значительной долей ионной связи, образующиеся вакансии кристаллической решётки ведут себя как электрически активные центры. Вакансии в подрешётке  играет роль доноров. Вакансии в подрешётке  ведут себя подобно акцепторам. C учётом того, что концентрации вакансий может превышать предел растворимости легирующих примесей, тип проводимости этих соединений определяется преобладающим типом вакансий. Кроме того, получение полупроводников типа  p-типа осложняется тем, что акцепторы обладают малой растворимостью в этих соединениях и, как правило, образуют глубокие уровни в запрещённой зоне полупроводника. Только теллуриды кадмия и ртути, а также их твёрдые растворы могут иметь электропроводность обоих типов в зависимости от условий выращивания и типа легирующей примеси. Однако и в них дефекты в существенной степени могут определять электрические, оптические и другие свойства. В частности сплав КРТ p-типа проводимости может быть получен за счёт генерации в нём термообработкой в вакансиях ртути, при этом их концентрация может изменяться в широких пределах от  до . Такой материал называется вакансионно-легированным. При примесном легировании КРТ в качестве доноров используются элементы третьей и седьмой группы (индий и йод) в качестве акцепторов – элементы первой и пятой группы. Все халькогениды обладают высокой чувствительностью к излучению от инфракрасного до рентгеновского диапазона. В них, как и в соединениях типа  наблюдается высокая эффективность излучательной рекомбинации. Введение различных легирующих примесей позволяет модифицировать спектр их излучения. Такие примеси называются активаторами люминесценции. Введение меди позволяет получать полупроводниковые материалы, излучающие в зелёной и голубой областях спектра. Электролюминофоры с таким спектром излучения получили наибольшее распространение. Люминофоры с излучением в жёлтой области спектра получают при активации сульфида цинка марганцем. Сульфид цинка , легированный серебром имеет синий цвет свечения. Недостатком электролюминесцентных устройств на основе  является относительно высокая скорость деградации приборов, что обусловлено значительной ионной долей химической связи, что ускоряет процесс электролиза в твёрдой фазе. Спектральная чувствительность ,  и их твёрдых растворов почти идеально совпадает со спектром солнечного излучения, что позволяет на основе этих материалов изготавливать наиболее чувствительные фоторезисты в видимой области спектра. Введением специальных примесей, так называемых центров сенсибилизации можно существенно изменить диапазон чувствительности и повысить чувствительность фоторезистов на основе соединений типа . Для  сенсибилизаторами являются ионизированные акцепторы, в качестве которых могут выступать вакансии кадмия. Влияние сенсибилизаторов на свойства фотопроводника определяется положением энергетического уровня, который вносит в запрещённую зону соединения типа . Контролировать это положение возможно за счёт изменения состава, поэтому используют твёрдые растворы , .

Особенности технологии соединений типа

Технология выращивания монокристаллов соединений  и тонких плёнок на их основе разработаны недостаточно хорошо. Для получения поликристаллических и аморфных порошков сульфидов и теллуридов чаще всего используют осаждения из водных растворов солей. Например,  получают в результате следующей реакции: . Для получения селенидов используют непосредственное сплавление соответствующих компонентов. Поликристаллические плёнки получают методом распыления с последующей кристаллизацией в результате отжига. Синтез широкозонных полупроводников затруднен тем, что эти соединения обладают высокими температурами плавления и высокими давлениями диссоциации в точке плавления, поэтому выращивание монокристаллов осуществляют перекристаллизацией предварительно синтезированных соединений в запаянных кварцевых ампулах.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22840. ВИМІРЮВАННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ 271 KB
  Якщо капіляр занурити в рідину рідина підніметься або опуститься в капілярі на деяку висоту над рівнем рідини в посудині. Це явище пояснюється тим що тиск під поверхнею рідини залежить від форми поверхні. В капілярних трубках внаслідок взаємодії молекул рідини з молекулами речовини капіляра поверхня рідини викривлюється.
22841. ВИВЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ 912 KB
  У даній роботі досліджується температурна залежність коефіцієнта поверхневого натягу водного розчину спирту від температури за методом Ребіндера. Будують графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу води від температури. Потрібні температури в системі досягаються і підтримуються за допомогою термостата опис якого подано нижче.
22842. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВНУТРІШНЬОГО ТЕРТЯ РІДИНИ МЕТОДОМ СТОКСА 226.5 KB
  В даній роботі коефіцієнт внутрішнього тертя рідини визначається виходячи з даних про швидкість рівномірного падіння кульки в рідині. При падінні кульки в рідині на кульку діє сила тяжіння архімедова сила і сила опору середовища . Внаслідок змочування поверхні кульки рідиною найближчий до кульки шар рідини має швидкість кульки наслідком чого є виникнення градієнта швидкості. Формула Стокса виражає силу опору середовища кульці що рухається в цьому середовищі: 2 де радіус...
22843. Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини капілярним віскозиметром 104 KB
  Якщо шари рідини або газу рухаються один відносно одного між ними діють сили внутрішнього тертя. Коефіцієнт внутрішнього тертя рідини або газу можна визначити за формулою Пуазейля 2 яка виражає величину об`єму рідини або газу що протікає за час через капіляр радіуса та довжини за умови що потік ламінарний. Справді якщо взяти дві рідини відповідні величини для однієї з них позначимо індексами ‘0’ а другої ’1’ і визначити час і витікання однакових об`ємів цих рідин...
22844. Визначення коефіцієнта в’язкості газу 1.32 MB
  При ламінарній течії газу по капілярній трубці різні шари газу набувають різної швидкості направленого руху. Розглянемо більш детально течію в’язкого газу по трубці радіуса . Припустимо що потік ламінарний що газ при невеликих тисках нестисливий що течія всановилась і що газ повністю змочує стінки трубки тобто швидкість газу біля стінок трубки дорівнює нулеві.
22845. Визначення вологості повітря 1.2 MB
  Атмосферне повітря має в своєму складі деяку кількість водяної пари що обумовлює вологість повітря. Абсолютною вологістю називається кількість водяної пари що знаходиться в одиниці об'єму повітря. З рівняння стану ідеального газу густину повітря при нормальних умовах можна представити так: пов= 1 позначення загально прийняті.
22846. Визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини 545 KB
  Залежність об’єму рідини від температури виражається рівнянням: а при невеликій точності можна обмежитися виразом: де – об’єм рідини при температурі 0C температурний коефіцієнт об’ємного розширення рідини. Прямим способом вимірювати об’єм рідини при різних температурах для визначення важко бо при цьому змінюється і об’єм посудини в якій знаходиться рідина. Французькі вчені Дюлонг і Пті запропонували спосіб визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини при якому відпадає необхідність вимірювання об’єму рідини.
22847. ОДЕРЖАННЯ І ВИМІРЮВАННЯ ВИСОКОГО ВАКУУМУ 5.3 MB
  Різного роду вакуумні насоси з застосуванням деяких додаткових прийомів дозволяють одержувати тиски домм. Області тисків в яких найбільш раціонально застосовуються вакуумні насоси прийнятих в даний час типів показані на рис. Вакуумні насоси що застосовуються для відкачки газу поділяють на два класи: а форвакуумні насоси які починають працювати з атмосферного тиску і викидають відкачуваний газ прямо в атмосферу. Форвакуумні насоси створюють розрідження порядку мм.
22848. ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДОГО ТІЛА 340.5 KB
  Дійсно сили що тримають атоми у вузлах ґратки малі і тому достатньо вже теплової енергії самих атомів аби змістити їх з положення рівноваги. До поняття про коливання атомів твердого тіла можна дійти шляхом аналізу природи міжатомних сил. Положення рівноваги атомів визначається з умови рівності сил притягання і відштовхування діючих на атом. Якщо змінюється відстань тільки відносно одного з атомів то енергію Wx треба...