Полупроводниковые материалы общие сведения о полупроводниках

Большая группа веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре больше, чем у проводников, но меньше, чем у диэлектриков (табл. 8-1), относится к полупроводникам. Как было указано в § В-1, электропроводность полупроводников в большой степени зависит от внешних энергетических воздействий, а также от различных примесей, иногда в ничтожных количествах присутствующих в теле собственного полупроводника.

Управляемость электропроводностью полупроводников посред­ством температуры, света, электрического поля, механических уси­лий положена в основу принципа действия соответственно термо­резисторов (термисторов), фоторезисторов, нелинейных резисторов (варисторов), тензорезисторов и т. д.

Примечание. В некоторых модификациях свойствами полупроводников обладают еще олово (серое), сурьма и углерод.

Наличие у полупроводников двух типов электропроводности — электронной (п) и электронно-дырочной (р) позволяет получить полупроводниковые изделия с р —«-переходом. Сюда относятся различные типы как мощных, так и маломощных выпрямителей, усилителей и генераторов. Полупроводниковые системы могут быть с успехом использованы для преобразования различных видов энергии в энергию электрического тока с такими значениями коэф­фициента преобразования, которые делают полупроводниковые пре­образователи сравнимыми с существующими преобразователями других типов, а иногда и превосходящими их. Примерами полу­проводниковых преобразователей могут служить солнечные батареи и термоэлектрические генераторы. При помощи полупроводников можно понизить температуру на несколько десятков градусов. В последние годы особое значение приобрело рекомбинационное свечение при низком напряжении постоянного тока электронно-дырочных переходов, которые используются для создания сигналь­ных источников света и в устройствах вывода информации из вы­числительных машин.

Полупроводники могут служить также нагревательными элемен­тами (силитовые стержни), индикаторами радиоактивных излучений, с их помощью также можно измерять напряженность магнитного поля (преобразователи Холла) и т. д.

Использующиеся в практике полупроводники могут быть под­разделены на простые полупроводники (их основной состав образо­ван атомами одного химического элемента) и сложные полупровод­никовые композиции, основной состав которых образован атомами двух или большего числа химических элементов. В настоящее время изучаются также стеклообразные и жидкие полупроводники. Про­стых полупроводников существует около десятка, они приведены в табл. 8-2. В современной технике особое значение приобрели крем­ний, германий и частично селен. Сложными полупроводниками являются соединения элементов различных групп таблицы Менде­леева, соответствующие общим формулам AIVBIV (например, SiC), A"'BV (InSb, GaAs, GaP), A"B'v (CdS, ZnSe), а также некоторые оксиды (например, Cu2O) и вещества сложного состава. К полу­проводниковым композициям можно отнести материалы с полупро­водящей или проводящей фазой из карбида кремния и графита, сцепленных керамической или другой связкой. Наиболее распро­страненными из них являются тирит, силит и др.

Изготовленные из полупроводниковых материалов приборы обла­дают преимуществами, к ним относятся: 1) большой срок службы; 2) малые габариты и масса; 3) простота и надежность конструкции, большая механическая прочность (не боятся тряски и ударов); 4) отсутствие цепей накала при замене полупроводниковыми при­борами электронных ламп, потребление малой мощности и малая инерционность; 5) экономичность при массовом производстве.

Дальнейшее развитие электроники твердого тела позволило перейти от дискретных полупроводниковых приборов к созданию и серийному производству узлов электронной аппаратуры и схем, устройств и приборов в целом. Это прогрессивное направление техники получило название микроэлектроники. Научной задачей, решаемой с помощью микроэлектроники, является создание слож­нейших кибернетических систем для использования в народном хозяйстве, для освоения космоса, для исследований в области био­логии и медицины. Техническая задача микроэлектроники сводится к дальнейшему сокращению размеров и массы электронной аппара­туры, увеличению плотности монтажа при одновременном повышении ее долговечности и надежности. Осуществить это возможно только на основе резкого сокращения затрат мощности в электронных схемах на полупроводниковых элементах. Экономическая задача микро­электроники заключается в существенном сокращении потребности в материалах, трудоемкости и капитальных вложений в производство электронной аппаратуры и приборов, в перевозку деталей и аппара­туры, а также в снижении энергетических затрат при ее производстве и эксплуатации.

Советская наука и техника полупроводников развивалась по своему пути, обогащая мировую науку достижениями я в то же время используя все прогрессивное, что давала зарубежная наука и тех­ника.