Полупроводниковые материалы

ЭАГЭТ 10-18 6-Ю18 3-104 1400' (111)

ЭАГЭТ 5-18 2-Ю18 3-Ю4 1000 (100), (111)

 

АНТИМОНИД ИНДИЯ, InSb, кристаллическое бинарное неорганическое химическое соединение, состоящее из элементов индия и сурьмы. Кристаллизуется в решетке типа сфалерита.

Структура: серые кристаллы с металлич. блеском, решетка кубическая типа сфалерита.

Является узкозонным прямозонным полупроводником группы AB с шириной запрещённой зоны 0.18 эВ при 300 K и 0,23 эВ при 80 K; при 77 К подвижность электронов 1,1×106 см²/, дырок 9,1×103 см²/.

Физические свойства и использование

Антимонид индия имеет вид темно-серого серебристого металла или порошка со стекловидным блеском. Когда подвергается воздействию температур свыше 500 °C, он начинает плавиться и разлагаться на составные части, освобождая сурьму и пары состоящие из окислов сурьмы. Являет собой кристаллическую структуру цинковой обманки с 0,648 нм постоянной решётки.

Нелегированный антимонид индия обладает самой высокой подвижностью электронов (около 78000 см²/(В·с)), а также имеет самую большую длину свободного пробега электронов (до 0,7 мкм при 300 K) среди всех известных полупроводниковых материалов, за исключением, возможно, углеродных материалов (графен, углеродные нанотрубки). Антимонид индия относится к вырожденным полупроводникам. Их особенность — слабая зависимость основных характеристик от температуры.

Антимонид индия используется как фотодиод в фотоэлектрических детекторах, создавая электрический ток при воздействии инфракрасного излучения. Антимонид индия обладает высокой квантовой эффективностью. Его недостатком является высокая нестабильность (характеристики детектора, как правило, дрейфуют во время и между временем восстановления, требующего периодические повторные калибровки, повышающих качество изображения системы).

Сурмяно содержащий слой между двумя слоями алюминий-индий антимонида может выступать в качестве квантовой ямы. Этот подход изучен для того, чтобы создавать очень быстрые транзисторы. Полупроводники из антимонида индия также способны работать при напряжении в 0,5 V, что снижает их потребность в энергозатратах.

Антимонид индия относится к вырожденным полупроводникам. Их особенность — слабая зависимость основных характеристик от температуры.

Применение:

Антимонид индия применяется для изготовления туннельных диодов: по сравнению с германиевыми, диоды из антимонида индия обладают лучшими частотными свойствам при низких температурах. Антимонид индия используют для изготовления фотоэлементов высокой чувствительности, датчиков Холла, оптических фильтров и термоэлектрических генераторов и холодильников. Используется для создания детекторов инфракрасного излучения (фотодиодов, фоторезисторов). Также применяется в следующих устройствах:

• тепловизорные детекторы созданные на основе фотодиодов и фотомагнитных детекторов,

• датчики магнитного поля, использующие магнитосопротивление и эффект Холла,

• быстродействующие транзисторы

 

Сульфид цинка ZnS. Это — один из немногих сульфидов, имеющих белый цвет. Сульфид цинка получается при действии сульфидов щелочных металлов или аммония на соли цинка: Плотность 3,98—4,09 г/см³. При обычном давлении не плавится, под давлением 15 МПа (150 атм) плавится при 1900 °C. В присутствии следов меди, кадмия, серебра и др. приобретает способность к люминесценции. Сульфид цинка типа сфалерита — полупроводниковый материал с шириной запрещённой зоны 3,6—3,7 эВ, используется, в частности, в полупроводниковых лазерах.

Сульфид цинка входит в группу веществ, обладающих способностью люминесцировать — испускать холодное свечение в результате действия на них лучистой энергии или электронов. Большое значение приобрел люминесцентный анализ, люминесцентные лампы применяются для освещения, люминесцентные экраны — важнейшая часть электронно-лучевых приборов.

Люминесцентный анализ применяется при поисках битумных и нефтяных месторождений, урановых руд. С его помощью сортируют стекла, обнаруживают микродефекты в металлических изделиях.

Люминофоры – вещества, покрывающие тонким слоем внутреннюю поверхность люминисцентной лампы, светятся от УФ – излучения, они применяются в различных электронно-лучевых приборах; катодных осциллографах, телевизорах и других.

Монокристаллы ZnS и спеченные поликристаллические блоки обладают высокой прозрачностью в области ИК-спектра, и используются в качестве входных окон и линз в оптико-электронных устройствах. Наличие пьезоэлектрического эффекта у пленок ZnS позволило применять их в некоторых акустических устройствах. Сульфид цинка (ZnS) и сульфид цинка-кадмия ZnXCd1-XS используются для изготовления квантоскопов голубого и синего цвета излучения, квантоскопов и приемников УФ-излучения.

 

Теллурид цинка — бинарное соединение цинка и теллура с химической формулой ZnTe. Цинковая соль теллуроводородной кислоты. При нормальных условиях представляет собой твёрдое вещество. Полупроводник, обычно с дырочным типом проводимости и шириной запрещённой зоны 2,1-2,3 эВ.

Физические свойства

Представляет собой красновато-серый порошок, после очистки методом сублимации — рубиново-красные кристаллы. Устойчивая при стандартных условиях кристаллическая структура соединения кубическая, с кристаллической решёткой типа цинковой обманки(сфалерита). Теллурид цинка ZnTe обладает электролюминесцентными и фоторезистивными свойствами.

При испарении мощным световым излучением, в присутствии кислорода ZnTe кристаллизуется в виде гексагональных кристаллов типа вюрцита. Постоянная решётки кристаллической структуры типа сфалерита 0,609 нм.

Считается высокотоксичным веществом, так как при взаимодействии с кислотами или горячей водой образуется чрезвычайно ядовитый теллуроводород.

Получение:

Может быть получен разными способами:

• Синтезом из элементов. Производится длительным нагреванием смеси порошков Zn и Te в запаяннойкварцевой ампуле:

• Взаимодействием растворимой соли цинка в водном растворе с теллуроводородом:

• Обменной реакцией растворимого теллурида с растворимой солью цинка:

• Электролитическим методом, при этом анод — цинковый и катод — теллуровый, в растворе кислоты, например, серной.

Прменение:

1. Оптоэлектроника

Примененяется в оптоэлектронике. Используется для создания светодиодов с синим излучением, полупроводниковых лазеров, солнечных элементах и в СВЧ-генераторах. Также ZnTe является компонентом тройных полупроводниковых соединений (теллурид кадмия-цинка CdxZn(1-x)Te).

2. Нелинейная оптика

ZnTe часто используется для создания детекторов терагерцевого излучения.

Легированный ванадием теллурид цинка обладает ещё одном нелинейным оптическим свойством — фоторефракцией (т.е. изменять свой показатель преломления для оптического излучения под воздействием света), что может быть применено для защиты приёмников видимого света от интенсивных его потоков. Также теллурид цинка может быть использован в голографических интерферометрах, в конфигурируемых оптических сетях и в качестве электрооптических модуляторов для коммутаторов световых потоков.

 

Сульфид кадмия CdS образует кристаллы от лимонно-желтого до оранжево-красного цвета. Сульфид кадмия обладает полупроводниковыми свойствами.

В воде это соединение практически не растворяется. К действию растворов щелочей и большинства кислот он также устойчив.

Получают сульфид кадмия взаимодействием паров кадмия и серы, осаждением из растворов под действием сероводорода или сульфида натрия, реакциями между кадмий- и сераорганическими соединениями.

Сульфид кадмия применяется как активная среда в полупроводниковых лазерах. Он случит в качестве материала для изготовления фотоэлементов, солнечных батарей, фотодиодов, светодиодов, люминофоров.

 

Селенид кадмия CdSe образует темно-красные кристаллы. Он не растворяется в воде, разлагается соляной, азотной и серной кислотами. Получают селенид кадмия сплавлением простых веществ или из газообразных кадмия и селена, а также осаждением из раствора сульфата кадмия под действием селеноводорода, реакцией сульфида кадмия с селенистой кислотой, взаимодействием между кадмий- и селенорганическими соединениями.

Селенид кадмия является люминофором. Он служит в качестве активной среды в полупроводниковых лазерах, является материалом для изготовления фоторезисторов, фотодиодов, солнечных батарей.

 

Теллурид кадмия CdTe может иметь окраску от темно-серой до темно-коричневой. Он не растворяется в воде, но разлагается концентрированными кислотами. Его получают взаимодействием жидких или газообразных кадмия и теллура.

Обладающий полупроводниковыми свойствами теллурид кадмия используют как детектор рентгеновского и g-излучения, а теллурид ртути-кадмия нашел широкое применение (особенно в военных целях) в ИК детекторах для тепловидения.

При нарушении стехиометрии или введении примесей (например, атомов меди и хлора), теллурид кадмия приобретает светочувствительные свойства. Это используется в электрофотографии.

 

Оксид цинка (окись цинка) ZnO — бесцветный кристаллический порошок, нерастворимый в воде, желтеющий при нагревании и сублимирующийся при 1800 °C .

Свойства:

• Теплопроводность: 15 – 30 Вт/(м·К)

Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3,36 эВ. Естественное легирование кислородом делает его полупроводником n-типа.

При нагревании вещество меняет цвет: белый при комнатной температуре, оксид цинка становится жёлтым. Объясняется это уменьшением ширины запрещённой зоны и сдвигом края в спектре поглощения из УФ-области в синюю.

Получение:

Оксид цинка можно получить при сжигании или окислении цинка, обжигом на воздухе сернистого цинка, при прокаливании солей, осаждением аммиаком из кипящего водного раствора азотнокислого цинка. Компактные образцы этого оксида получают прессованием заготовок из порошкообразного соединения и их последующим спеканием. Тонкие пленки ZnO производят испарением, а потом конденсацией цинка на подложку в вакууме с последующим окислением пленки металла при нагревании в атмосфере кислорода либо реактивным двухэлектродным ионным распылением цинка в атмосфере Ar+O2.

Применение

• активатор вулканизации некоторых каучуков

• вулканизирующий агент хлоропреновых каучуков

• катализатор синтеза метанола

Оксид цинка широко применяется в радиоэлектронике для изготовления самоактивированного люминофора ZnO: Zn в качестве светочувствительного слоя электрофотографических бумаг.

Кроме того, порошок оксида цинка — перспективный материал в качестве рабочей среды для порошковых лазеров. На основе оксида цинка создали светодиод голубого цвета. Тонкие пленки и иные наноструктуры на основе оксида цинка могут применяться как чувствительные газовые и биологические сенсоры. Также оксид цинка применяют в производстве электрокабелей.

 

Теллурид свинца (PbTe) — химическое соединение свинца и теллура, кристаллизующееся в структуре NaCl. Узкозонный прямозонный полупроводник группы AIVBVI с шириной запрещённой зоны 0.32 эВ при 300 K. Используется для создания фоторезисторов, работающих в инфракрасной области спектра. Известный термоэлектрический материал. Встречается в природе в виде минерала алтаита.

Теллурид свинца имеет необычно высокую для полупроводников диэлектрическую проницаемость ( 410 при 300 K), величина которой увеличивается до 3000 при охлаждении до 4.2 K. По этой причине теллурид свинца относится к виртуальным сегнетоэлектрикам.

 

 

Сульфид свинца (галенит, свинцовый блеск) — неорганическое химическое соединение свинца и серы, представляющее собой кристаллическое соединение с окраской от сине-серого до серебристо-серой.

Кристаллическая решетка.

Для кристаллов PbS при стандартных условиях характерна кубическая сингония (типа NaCl, z = 4, пространственная группа Fm3m), но при повышении давления 2,4—4,2 МПа устойчивой становится ромбическая сингония.