Какая разница между понятиями «загрязнение» и «примеси» в полупроводниках

Федеральное агентство  связи

 

Сибирский Государственный  Университет Телекоммуникаций и  Информатики

 

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

 

 

 

 

 

 

Зачет

По дисциплине: химия радиоматериалов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Группа:

Вариант: 08

 

 

 

Проверил: Фадеева Наталья Евгеньевна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск, 2012 г

Какая разница  между понятиями «загрязнение»  и «примеси» в полупроводниках.

 

Полупроводники – вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники. Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий около 30 % земной коры.

Для большинства полупроводниковых  приборов используются примесные полупроводники. Поэтому в практике, важное значение имеют такие полупроводниковые  материалы, у которых ощутимая концентрация собственных носителей заряда наблюдается  при достаточно высокой температуре, т.е. с большой шириной запрещенной зоны. Поставщиками свободных носителей зарядов в рабочем интервале температур в таких ПП являются примеси.

Примесями в простых  полупроводниках являются чужеродные атомы. В химических же соединениях  это не только чужеродные атомы, но и атомы тех самых элементов, избыточные по стехиометрическому составу. Кроме того, роль примесей играют дефекты кристаллической решетки.

На проводимость полупроводников  большое влияние оказывают примеси. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорная примесь — это примесь с большей валентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются лишние электроны. Проводимость станет электронной, а полупроводник называют полупроводником n-типа. Например, для кремния с валентностью n — 4 донорной примесью является мышьяк с валентностью n = 5. Каждый атом примеси мышьяка приведет к образованию одного электрона проводимости.

         Акцепторная примесь — это  примесь с меньшей валентностью. При добавлении такой примеси  в полупроводнике образуется лишнее количество «дырок». Проводимость будет «дырочной», а полупроводник называют полупроводником р-типа. Например, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью п = 3. Каждый атом индия приведет к образованию лишней «дырки».

Таким образом, введение примеси приводит к появлению  в полупроводнике примесной электропроводности за счет ионизации атомов примесей. Возможность управления величиной и типом электропроводности полупроводников путем введения примесей лежит в основе создания практически всех полупроводниковых приборов. Процесс контролируемого введения в полупроводник необходимых примесей называют легированием.

Под действием приложенного напряжения электроны и дырки  при перемещении в полупроводнике встречают различные препятствия. При этом они теряют часть энергии  и отклоняются от своего пути, т.е. происходит рассеяние носителей  тока. Оно вызвано главным образом различными загрязняющими примесями. Чем чище полупроводник, тем меньше рассеяние носителей тока и тем выше подвижность электронов и дырок.

Полупроводники, используемые для изготовления приборов, для обеспечения стабильности свойств  последних должны иметь высокую степень чистоты. Например, содержание различных случайных примесей - загрязнений - в кремнии не должно превышать 1 · 10^-11 %, в германии - 5 · 10^-9 %, селене - 8 · 10^-3 %, а для синтеза полупроводниковых соединений применяют селен с содержанием примесей не более 10^-6 ... 10^-5 %. Высокая степень чистоты полупроводниковых материалов достигается путём применения специальных технологий.

В частности, при  изготовлении полупроводниковых приборов к поверхности кремниевых пластин  предъявляются требования по минимальному содержанию различных загрязнений: органических, примесей металлов, механических частиц.

Загрязнения на поверхности пластин кремния  могут быть органического и неорганического  происхождения и их можно условно  разделить по форме на жидкие и твердые пленочные загрязнения, частицы. Частицы и пленочные загрязнения могут состоять из ионов, атомов, молекул и т.д. Органические загрязнения присутствуют в остатках фоторезиста, различного вида жиров, смазки и масел, использующихся в производстве.

Загрязнения могут  присутствовать в виде молекул, ионов, атомов, а также образовывать соединения между собой и подложкой. Атомные  загрязнения представляют собой  металлические пленки или частицы, например, электрохимически осажденные пленки металлов, частицы материала. Ионные загрязнения представляют собой катионы или анионы из неорганических химических растворов.

Загрязнения могут  быть разделены по типу их физико-химического  взаимодействия с поверхностью полупроводника. Физические (или механические) загрязнения (пыль, волокна, абразивные и металлические частицы, органические загрязнения) связаны с поверхностью силами физической адсорбции. Наиболее опасными являются химические загрязнения, так как требуют большей энергии для удаления с поверхности, поскольку связаны с ней силами хемосорбции. В качестве примера химических загрязнений можно назвать оксидные и сульфидные пленки, катионы, атомы металлов и др.

Источники загрязнений  различны. Их можно условно разделить  на следующие категории:

1) рабочий персонал;

2) окружающая  среда;

3) материалы;

4) оборудование;

5) технологические  процессы.

Вывод. Примеси  вводятся специально, что бы значительно  увеличить электропроводность полупроводников, а загрязнения мешают этим целям.