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

78331. КИНЕТИКА. ФОРМАЛЬНАЯ КИНЕТИКА. КИНЕТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ РЕАКЦИЙ РАЗЛИЧНОГО ПОРЯДКА 320.5 KB
  Химическая кинетика включает в себя два раздела: формально-математическое описание скорости реакции без учета действительного механизма самой реакции формальная кинетика; учение о механизме химического взаимодействия. В формальной кинетике скорость химической реакции представляется в зависимости только от концентрации реагирующих веществ. Закономерности формальной кинетики позволяют: определить кинетические параметры химической реакции константу скорости период полупревращения и др.; распространить полученные закономерности на...
78332. Методы определения порядка реакции 368.5 KB
  Основным условием в данном методе является независимость константы скорости от времени протекания реакции. Пусть при изучении скорости протекания реакции мы имеем следующие данные убыли концентрации исходного вещества...
78333. КИНЕТИКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ 676.5 KB
  Последовательными называются реакции состоящие из нескольких стадий следующих друг за другом например гидролиз трисахаридов в кислой среде: Рассмотрим реакцию состоящую из двух мономолекулярных стадий: Вещество В в данной реакции является промежуточным веществом. в начале реакции идет образование вещества В пока концентрация реагента А достаточна велика. Напишем кинетические уравнения последовательной реакции. Скорость реакции по изменению концентрации реагента А запишется I ступень: Скорость реакции по изменению концентрации реагента...
78334. Теории химической кинетики. Теория активных столкновений (ТАС) 230 KB
  Тогда доля активных столкновений составит: Рассмотрим бимолекулярную газовую реакцию типа: 2А где Р продукты реакции. Поэтому количество прореагировавших молекул в единице объема будет равна удвоенному количеству активных столкновений в то же время и в том же объеме: или Отсюда видно что скорость реакции зависит от квадрата концентрации. Тогда уравнение Аррениуса с точки зрения ТАС запишется следующим образом...
78335. КИНЕТИКА РЕАКЦИЙ В РАСТВОРАХ 293 KB
  Таким образом, по ТАС скорость реакции зависит от свойств растворителя в том случае, если скорость определяющей является 1 стадия, т. е. стадия подвода молекул друг к другу.
78336. ФОТОХИМИЧЕКИЕ РЕАКЦИИ 302 KB
  Фотохимическими называются реакции протекающие под действием света а также невидимых лучей близких по длине волны к видимому свету. Несмотря на это во всех случаях можно выделить первичные процессы непосредственно вызываемые действием света и вторичные реакции не требующие освещения для своего протекания и поэтому называемые темновыми. Фотохимические реакции первичные вторичные световые темновые Типы фотохимических реакций.
78337. АДСОРБЦИЯ. ОСОБЕННОСТИ АДСОРБЦИИ НА ТВЕРДОМ КАТАЛИЗАТОРЕ 131.84 KB
  Адсорбция — это самопроизвольное концентрирования вещества на поверхности раздела фаз. Вещество, на котором происходит адсорбция, называется адсорбентом. Вещество, которое адсорбируется, называется адсорбатом или адсорбтивом.
78338. Строение атома. Квантовые числа 357.98 KB
  Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него. Для объяснения линейчатых спектров испускания атомов Томсон пытался определить расположение электронов в атоме и рассчитать частоты их колебаний около положений равновеси
78339. Периодический закон 35.06 KB
  Опирающаяся на периодический закон классификация химических элементов которую Менделеев выразил в форме периодической системы сыграла очень важную роль в изучении свойств химических элементов и дальнейшем развитии учения о строении вещества. В отличие от своих предшественников Менделеев был глубоко убежден что между всеми химическими элементами должна существовать закономерная связь объединяющая их в единое целое и пришел к заключению что в основу систематики элементов должна Эта замечательная закономерность получила свое выражение в...