Полупроводники - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника контрольная работа
Роль полупроводников в микро- и оптоэлектронике. Классификация полупроводниковых материалов. Диапазон электрических параметров различных полупроводников. Особые физико-химические свойства кремния. Применение германия в полупроводниковых приборах.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Расстояние, которое успевают преодолеть неосновные носители за ф прежде чем их концентрация уменьшится в е раз называется диффузионной длиной .
Эти два параметра связаны один с другим через коэффициент диффузии D
Непрямозонные материалы ( Si, G e ) имеют большее значение времени жизни и диффузионной длины. Предельно высокое ф требуется для фотоприемников, излучающих приборов и ПЗС.
Ширина запрещенной зоны ?Е, эВ, 300 К
Удельное собственное сопр. при 300 К
полупроводник германий кремний прибор
Линзовые оптические системы - обязательная часть конструкций сканирующих ИК-устройств обнаружения целей - кораблей, самолетов, ракет.
Германий идет и на изготовление самих фотоприемников таких систем - фоторезисторов, фотодиодов и фототранзисторов. Хотя и в этой области преобладает кремний, а наиболее перспективным считается твердый раствор теллурида кадмия - ртути - КРТ. В некоторых случаях, в частности для диапазона 0,8 - 1,8 мкм, фотоприемники из германия (легированного галлием, медью, никелем, золотом) имеют явные преимущества.
Технология выращивания монокристаллов германия (рис.15) проще, а аппаратура совершеннее, чем в случае кремния, так как в свое время германий был основой полупроводниковой техники, в которой он был "модельным" материалом. Имея невысокую температуру плавления (1210 К), обладая инертностью расплава к контейнерным материалам (графиту и кварцу), легкую восстанавливаемость оксида водородом - германий позволяет очень быстро освоить технику получения высокочистых монокристаллов (сегодня это образцы с диаметрами до 300 и 500 мм).
При производстве германия используют гидролиз, восстановление водородом оксидов и зонной очистки. Принцип этой операции вытекает из особенностей диаграмм состояний, а именно из того факта, что выделяющиеся при затвердевании двухкомпонентного сплава кристаллы обязательно либо обогащены (С тв > С жид ), либо обеднены (С тв < С жид ) примесными компонентами. Считается, что коэффициент распределения k = С тв /С жид в первом случае больше единицы, во втором меньше.
Это обстоятельство (k 1) и используется для эффективной очистки: при расплавлении лишь небольшой части слитка (его длины) - зоны - и медленном перемещении ее через весь слиток (проходе зоны) в передней части будет накапливаться примесь с k > 1, а в хвосте с k < 1. Средняя часть оказывается очищенной, но для этого требуется 5 - 10 проходов зон. Такой метод очистки применим для "низкоплавкого" германия и ряда полупроводниковых соединений, но только для очистки от исходных металлов (алюминий, индий, кадмий).
Схема зонной очистки (от алюминия, индия, кадмия) имеет вид, приведенный на рис.16.
Несмотря на уменьшение расхода германия, его выпуск не снижается. Совершенствование технологии идет в направлении повышения чистоты, создания прецизионных методов легирования, улучшения однородности, выращивания крупногабаритных монокристаллов с диаметром более 300 мм.
Фотоприемные диоды и гетероструктуры
Основные свойства соединений А III В V приведены в таблице 5.
Для GaAs max = 2,210 7 см/с при = 3,2 кВ/см, а для InP 2,510 7 , но при 10,5 кВ/см.
Оказывается, что материал с меньшей подвижностью (у InP она 4600) за счет больших рабочих полей обеспечивает меньшее время пролета и, следовательно, большее быстродействие, чем GaAs 8500. Именно с InP связаны надежды на освоение диапазона до 100 ГГц, тогда как предельные частоты, обеспечиваемые сегодня GaAs , 30.40 ГГц , Si - 1 - 13 ГГц.
2. В прямозонных проводниках может выполняться квантово-механическое условие туннелирования и на ВАХ p-n-перехода имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления. Это и был первый СВЧ-диод (диод Эсаки) - твердотельный генератор СВЧ. Сейчас выпускается около 50 типов таких диодов на GaAs и Ge, причем вследствие непрямого перехода зоны германиевые диоды требуют больших Е.
3. Реализуются в этой группе и междолинные переходы электронов. Из последнего рисунка следует, что, так как зависимость = f (E) для прямозонных (GaAs и InP) полупроводников имеет максимум, за которым следует падение дрейфовой подвижности. Так как при этом уменьшается электропроводность ( nq), то участок с отрицательной производной проявляется на ВАХ как отрицательное дифференциальное сопротивление. Причиной является стимулированный полем переход электронов из низкоэнергетической долины, где их подвижность велика (4000 - 8000 см 2 / (Вс)) в высокоэнергетическую, характеризующуюся малой подвижностью 100 см 2 / (Вс). Эти переходы, которые сопровождаются выделением энергии в виде когерентных СВЧ-колебаний, используются в диодах Ганна и лавинно-пролетных диодах. Явление междолинного перехода, называемое по имени открывшего его ученого эффектом Ганна, используется, как и туннелирование для генерации СВЧ-излучения в твердом теле; оно возможно только в прямозонных полупроводниках, а среди них наиболее перспективны GaAs и InP .
Особенности зонной структуры GaAs обеспечивают ему значительные преимущества при изготовлении и третьего основного типа генераторов СВЧ-колебаний - ЛПД; их КПД выше, а шумы значительно меньше кремниевых.
Высокая эффективность излучательной рекомбинации, характерна для прямозонных полупроводников, объясняет огромную роль которую играют соединения А III В V в оптоэлектронике. Основными приборами здесь являются светодиоды и лазеры. В первых - используется самый экономный метод преобразования электрической энергии в фотоны - электролюминесценция (за счет снижения неосновных носителей в прямосмещенном p-n-переходе можно получить спонтанное излучение УФ, видимой и ИК областях спектра, используя полупроводники группы А III В V с различной ).
Во-вторых, когерентное стимулированное ИК-излучение в прямозонных полупроводниках группы А III В V с p-n-переходом (предсказано в 1962г.Д.Н. Наследовым теоретически). Такие полупроводниковые лазеры (рис.18) в сочетании с ВОЛС (волоконно-оптические линии связи) и электронно-оптическими кристаллами являются основными компонентами устройств интегральной оптики - наиболее многообещающего направления оптоэлектроники.
5. Образование тройных и более сложных твердых растворов. Изоморфизм соединений А III В V (близость свойств) обуславливает возможность образования совершенных по структуре твердых растворов замещения. Это тройные соединения с катионами ( Ga 1- x Al x As ) или анионами ( GaAs 1- x P x ) замещения (заметим, что анионов и катионов в ковалентных соединениях А III В V нет, в основу этой терминологии положены лишь небольшие признаки ионной связи), а также четверные (например, Ga 1- x In x As 1- y P y ), выпускаемые в промышленных масштабах в виде гетероэпитаксиальных структур на подложках из бинарных соединений.
Они позволяют изменять в широких пределах, причем их можно наращивать с переменным по толщине или по площади составом, что и обеспечивает повышение эффективности лазеров. Строение такой структуры называют вследствие изменения - варизонной (пример на рис. 19).
6. Широкозонные соединения А III В V ( GaAs , InP , GaP ) могут быть получены в высокоомном состоянии из-за низкой собственной концентрации носителей. Однако снижение примесей до уровня собственной концентрации невозможно, причем главной примесью является кремний. Доноры кремния эффективно нейтрализуются глубокими акцепторами (Cr, O 2 ), которые мало влияют на удельное сопротивление. Возможности точной компенсации примесей позволили освоить выпуск высокоомных, "полуизолирующих" монокристаллов GaAs (с 10 7 - 10 8 Омсм), с высокой 5000 - 7000 см/ (Вс). Последнее, что позволяет применять его для изготовления не только транзисторов, но и ИС.
На основе GaAs созданы сверхрешетки гетероэпитаксиальные структуры, в которых чередуются сотни тонких слоев полупроводников, отличных по . То есть, при этом на электрон кроме основного периодического потенциала решетки, действует дополнительный потенциал с периодом намного больше основного. Поведение электрона определяется не столько свойствами материала слоев, сколько параметрами искусственного потенциала. Изменяя путем подбора вида и толщины слоев, амплитуду, форму и период потенциала можно управлять зонным строением. Создаются полупроводники с требуемой , m* n , m* p и др.
Технологические трудности соединений А III В V следуют из их сложной двухкомпонентной природы, приводящей к стехиометрическим дефектам. При этом компоненты В V - As и P летучи. Давление паров мышьяка над расплавом GaAs 0,1 МПа (1 атм), а фосфора над расплавом In P = 2,5 МПа, то есть фосфиды и арсениды теряют летучие компоненты при нагреве.
Существующие технологические способы предотвращения разложения соединений не обеспечивают контроля стехиометричности с нужной точностью. Диаграмма состояний GaAs , показывает, что размах отклонений от стехиометрии в пределах области существования твердых растворов на основе GaAs при его выращивании (см. рис. 20) из расплава может достигать 10 18 см -3 и даже при температурах эпитаксии - 10 15 - 10 16 см -3 , то есть 10 -4 - 10 -5 %. Даже при одинаковых условиях получения и легирования дефектность и электрические свойства кристаллов А III В V могут резко и непредсказуемо меняться из-за небольших, неподдающихся контролю изменений режима выращивания - температуры, давления, гидродинамических потоков в расплаве, тепловых полей и др. Аппаратурные трудности производства соединений А III В V : высокие температуры, высокое давление токсичных и взрывоопасных газов и паров. Кроме того, широкому внедрению препятствуют:
1. Низкая растворимость легирующих примесей (<110 18 см -3 ).
2. Отсутствие собственных окислов, обладающих стабильностью для получения МОП систем (поэтому изготавливают лишь ДБШ и ПТ с барьером Шотки).
3. Токсичность реагентов, используемых для выращивания монокристаллов и эпитаксии металлоорганических соединений в сочетании с взрывоопасностью водорода - реактивной среды.
Образование вредных отходов (арсенидов и фосфидов) и необходимость их улавливания и обезвреживания. Хотя сами по себе эти соединения не токсичны, к их обработке следует относиться осторожно, так как при шлифовке фосфидов образуется ядовитый газ - фосфин, а при растворении арсенидов в присутствии восстановителей - арсин.
Таким образом освоение технологии любого из соединений А III В V - является технологической задачей высшей сложности и работы в этом направлении требуют высококвалифицированных специалистов, располагающих самой современной технологической, исследовательской и контрольно-измерительной аппаратурой.
1. Барабанщиков Ю.Г. Материаловедение и технология конструкционных материалов / Ю.Г. Барабанщиков. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. - 150 с.
2. Безъязычный В.Ф. Математические методы в технологии машиностроения // Ярославский пед. вестн. - 2010. - № 3-1. - С.45-50.
3. Богодухов С.И. Материаловедение и технологические процессы в машиностроении: учеб. пособие для студ. Вузов / С.И. Богодухов, А.Д. Проскурин, Р.М. Сулейманов и др.; под общ. ред.С.И. Богодухова. - Старый Оскол: ТНТ (Тонкие наукоемкие технологии), 2010. - 559 с.
4. Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗов / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. - М.: Машиностроение, 2003. - 255с.: ил.
5. Вихревые технологии в машиностроении: [монография] / Б.А. Сентяков [и др.]; ГОУ ВПО "Ижевский гос. технический ун-т". - Екатеринбург: Ин-т экономики УрО РАН; Ижевск: [б. и.], 2008. - 349 с.
6. Гарифулин Ф.А. Материаловедение: учеб. для студентов вузов / Ф.А. Гарифуллин, Ф.Ф. Ибляминов, Л.А. Сухинина и др.; Альметьев. гос. нефт. ин-т, Казан. гос. технол. ун-т. - Альметьевск, 200 - 308 с.: ил.
7. Григорьянц А.Г. Лазерные технологии в машиностроении // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2011. - № 2. - С.14-22.
8. Иванов Д.А. Струйные технологии в машиностроении: монография / Д.А. Иванов, А.В. Васильева; М-во образования и науки Рос. Федерации, С. - Петерб. гос. ун-т сервиса и экономики (СПбГУСЭ). - СПб.: Изд-во СПбГУСЭ, 2010. - 147 с.
9. Иванов И.С. Технология машиностроения: учеб. пособие для студентов вузов по специальности 150406 "Машины и аппараты текстильной промышленности" / И.С. Иванов. - М.: ИНФРА-М, 2010. - 192 с.
10. Ковалев С.В. Новые материалы и технологии в машиностроении // Вестн. Моск. гос. ун-та приборостроения и информатики. Сер.: Приборостроение и информ. технологии. - 2010. - № 25. - С.106-121.
11. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов электротехнических и электромеханических спец. ВУЗов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. - М. Высшая школа, 200 - 518с.: ил.
12. Маталин А.А. Технология машиностроения: учебник для студ. высш. учеб. заведений, обучающихся по спец.151001 направления подготовки "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств". - [Изд.2-е, испр.]. - СПб. [и др.]: Лань, 2008. - 512 с.
13. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов ВУЗов, обуч. по напр. "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" / А.В. Шишкин и др.; под ред.В.С. Чередниченко. - 3-е изд., стер. - М.: ОМЕГА-Л, 2007. - 751с.
Электрофизические свойства полупроводниковых материалов, их применение для изготовления полупроводниковых приборов и устройств микроэлектроники. Основы зонной теории твердого тела. Энергетические зоны полупроводников. Физические основы наноэлектроники. курсовая работа [3,1 M], добавлен 28.03.2016
Структура полупроводниковых материалов. Энергетические уровни и зоны. Электро- и примесная проводимость полупроводников. Виды движения носителей. Свойства электронно-дырочного перехода. Электропроводимость полупроводников в сильных электрических полях. реферат [211,5 K], добавлен 29.06.2015
Рассмотрение принципов работы полупроводников, биполярных и полевых транзисторов, полупроводниковых и туннельных диодов, стабилитронов, варикапов, варисторов, оптронов, тиристоров, фототиристоров, терморезисторов, полупроводниковых светодиодов. реферат [72,5 K], добавлен 14.03.2010
Электропроводимость полупроводников. Образование электронно-дырочной проводимости и ее свойства. Условное обозначение полупроводниковых приборов, классификация и основные параметры. Биполярные и МОП транзисторы. Светоизлучающие приборы и оптопары. лекция [1,8 M], добавлен 17.02.2011
Классификация, температурные зависимости концентрации, подвижностей носителей заряда собственных и примесных полупроводников. Общая характеристика и основные сведения о кристаллическом строении полупроводниковых материалов Si и Ge, методика выращивания. курсовая работа [1,5 M], добавлен 08.05.2009
Технологический маршрут производства полупроводниковых компонентов. Изготовление полупроводниковых пластин. Установка кристаллов в кристаллодержатели. Сборка и герметизация полупроводниковых приборов. Проверка качества и электрических характеристик. курсовая работа [3,0 M], добавлен 24.11.2013
Нанокластеры и их энергетическое состояние. Влияние нанокластеров на свойства полупроводниковых материалов. "Захороненные" барьеры Шоттки. Формирование ансамблей боросиликатных нанокластеров в кремниевой матрице. Применение электронной оже-спектроскопии. дипломная работа [5,2 M], добавлен 06.12.2015
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .
© 2000 — 2021
Полупроводники контрольная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Поведения Человека В Стрессовых Ситуациях Реферат
Реферат по теме Объектно-ориентированный анализ и проектирование программного обеспечения. Библиотека
Грамоте Учиться Вперед Пригодится Сочинение
Интерес К Людям Сочинение 15.3
Бюджетное Законодательство Российской Федерации Курсовая
Сочинение По Картине Портрет Мальчика
Сочинение На Тему Чем Близок Фамусову Молчалин
Доклад: Виды проверок состояния лесного хозяйства
Реферат На Тему Виды Рационального Познания
Дипломная работа: Захист прав громадян при встановленні фактів, що мають юридичне значення
Контрольная Работа Тест По Теме
Дипломная работа по теме Роль перекладача при розв'язанні типових проблем локалізації програмного забезпечення
Курсовая работа по теме Финансовый менеджмент аптечного предприятия
Учебное пособие: Методические указания по проведению самостоятельной работЫ студентов для студентов всех форм обучения
Дипломная работа по теме Аппарат, предназначенный для удаления зубного камня
Отчет по практике по теме Важнейшие организации, которые обеспечивают нефтяную и газовую отрасль
Реферат: Картина Веласкеса Триумф Вакха
Контрольная работа: Налог на добычу полезных ископаемых 6
Курсовая Работа Excel 2010
Курсовая работа: Самофінансування підприємства
Дешифратор и преобразователи кодов - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника реферат
Учет основных средств на предприятии - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа
Акционерные общества Российской Федерации как субъекты гражданского права - Государство и право курсовая работа