Полупроводниковые материалы 1 страница

4.1 Собственные и примесные полупроводники

К полупроводникам относятся материалы с удельным электрическим сопротивлением 10^-5 - 10⁸ Ом· м, при этом согласно зонной теории проводимости ширина запрещенной зоны не превышает 2,5 эВ.

Полупроводники облада­ют рядом свойств, резко отличающихся от проводников и диэлектриков.

В большом интервале температур удельное сопротивление полупроводников уменьшается, т.е. они имеют отрицательный температурный коэф­фициент удельного сопротивления, а при введении в полупроводник малого количества примесей их удельное сопротивление резко изменяется.

Полупроводники чувствительны к различным внешним воз­действиям - свету, ядерному излучению, электрическому и магнит­ному полям, давлению и т.д.

Все полупроводники по химическому составу подразделяются на:

- элементарные: Si, C, Ge, As, P, Se, Te и другие;

- двойные (бинарные) соединения: A^|B^V|| (CuCl, AgBr); A^|B^V| (Cu₂O, CuS); A ^|B^V (KSb, K₃Sb); А^||B^V|| (ZnCI₂, CdCl₂); A^||B^V| (ZnO, ZnS, СdS); A^||B^V (ZnSb, Mg₃Sb₂); A^||B^|V (Mg₂Sn, СаSi); A

BV| (GaS); A

BV (GaP, GaAs, InSb); A|VB|V; AVBV|; AV|BV|; - тройные соединения: A|B

BV|2 (CuAlS2, CuInS2); A|BVBV|2; A|BV

BV2; A|VBVBV|2; - твердые растворы: GeSi, GaAs1-xPx и др. Основной тип химической связи в полупроводниках - ковалентный. Типично ковалентная связь (ковалентная неполярная) возникает при обобществлении электронов соседних атомов и наблюдается у элементов IVB подгруппы Периодической системы (Si, Ge), каждый атом из которых имеет по четыре валентных электрона. Для образования связи каждый атом может принять по четыре электрона от каждого из четырех соседних атомов и столько же отдать им, оставаясь при этом электро-нейтральным. Таким образом, между атомами происходит обмен электронами с образованием стабильной восьмиэлектронной валентной оболочки у каждого из них (рисунок 4.1). В двойных соединениях АIIIВV, которые образуются элементами IIIB и VВ подгрупп Периодической системы (GaP, GaAs, InSb) атомы элементов III группы имеют по три валентных электрона, а атомы V группы имеют по пять. Таким образом, на один атом в этих соединениях в среднем приходится по четыре валентных электрона. Поскольку электронные облака в такой связи смещены к более электроотрицательному атому В, то она оказывается не полностью ковалентной, а частично ионной (связь называется ковалентной полярной). При этом атом А оказывается заряженным положительно, а В- отрицательно. Еще сильнее ионная составляющая химической связи выражена в соединениях АIIBVI и AIBVII.       Рисунок 4.1 - Пример образования ковалентной связи в германии   Качественной характеристикой химической связи соединения является его средний атомный номер Zср. Для простых соединений   .   В пределах одного класса соединений с ростом Zср возрастает тенденция перехода от ковалентной связи к ионной связи, что приводит к уменьшению прочности связи, ширины запрещенной зоны, температуры плавления и удельного сопротивления. В результате обмена электронами между атомами при образовании ковалентной связи электропроводность не возникает, так как распределение электронной плотности фиксировано (по два электрона на связь между каждой парой соседних атомов). Под действием внешнего энергетического воздействия (нагревание, облучение …) может произойти разрыв одной из связей, и электрон покидает ее, становясь в кристалле свободным. Он хаотически передвигается по кристаллу в отсутствии электрического поля. Отсутствие электрона у одной из связей атома называется дыркой и означает наличие положительного заряда, равного по значению заряду ушедшего электрона. Дырка, также как и электрон, хаотически передвигается по кристаллу, поскольку электрон соседней связи может занимать место ушедшего электрона. Полупроводник электропроводность которого обусловлена движением собственных носителей заряда, называется собственным. На рисунке 4.2 изображена схема межатомных связей в собственном полупроводнике, в данном случае - кремнии. Показано движение собственных носителей заряда- электронов (темные точки) и дырок (светлые точки). Электрон переходит из положения 1 в положение 2, заполняя незавершенную связь, а дырка переходит из положения 2 в положение 1.   Рисунок 4.2   Образование пары электрон-дырка называется генерацией носителей заряда. Такая генерация возможна при условии, если энергия электрона превышает ширину запрещенной зоны W0; в этом случае электрон переходит из валентной зоны в зону проводимости (т.е. покидает потенциальную яму собственного атома и отрывается от него), а в валентной зоне образуется дырка. Таким образом, ширина запрещенной зоны соответствует минимальной энергии, которую необходимо затратить для того, чтобы вырвать электрон из ковалентной связи. Если энергия электрона не превосходит W0, возможно образование электрически нейтральной связанной пары электрон-дырка, называемой экситоном. В кристалле собственного полу­проводника каждому электрону в зоне проводимости соответству­ет одна дырка, оставленная им в валентной зоне. В этом случае свободный электрон обладает большей энергией, на значение энергии ши­рины запрещенной зоны. Так как при каждом акте возбуждения в собственном полупро­воднике одновременно создаются два носителя заряда противоположных знаков, то общее количество носителей заряда в 2 раза боль­ше числа электронов в зоне проводимости. При приложении к кристаллу внешнего электрического поля сво­бодные электроны перемещаются против поля (из-за отрицатель­ного заряда), а дырки - в направлении поля. Но электроны, хотя и движутся в противоположном на­правлении, создают обычный ток, совпадающий с внешним прило­женным полем. Следовательно, электронный и дырочный токи те­кут в одном и том же направлении и поэтому складываются. В идеальном кристалле концентрация электронов и дырок равны и растут с увеличением числа нарушений ковалентных связей. В тоже время из-за наличия примесей и структурного несовершенства в запрещенной зоне могут присутствовать уровни разрешенных для электронов энергий. Эти уровни могут быть заняты электронами или оставаться вакантными. Если электрон переходит из валентной зоны на разрешенный вакантный уровень в запрещенной зоне или с занятого уровня в зону проводимости, то происходит генерация примесных носителей заряда. Источниками примесных носителей заряда являются электрически активные примесные атомы. Ими могут быть атомы элементов, образующие с полупроводником твердые растворы замещения или внедрения и имеющие валентность, отличную от валентности основных атомов. Примесные атомы: - доноры, отдающие избыточные электроны, поскольку имеют большую валентность; - акцепторы, захватывающие валентные электроны основного вещества, так как имеют меньшую валентность. Доноры создают в полупроводнике электронную проводимость (n-типа), акцепторы – дырочную (р-типа). Соответственно полупроводники называются электронными (n-типа) и дырочными (р-типа). Для элементарных полупроводников (Si, Ge) донорами являются примеси атомов V группы (P, As, Sb), а акцепторами- примеси атомов III группы (B, Al, Ga, In). Донорные и акцепторные примеси называют легирующими. Под легированием полупроводника понимают создание полупроводника с заданным типом проводимости с помощью введения в его состав легирующих примесей. На рисунке 4.3 приведен пример полупроводника n-типа (кремний, легированный мышьяком).     Рисунок 4.3   Атом мышьяка имеет пять валентных электронов, атом кремния – четыре, т.е. один электрон мышьяка не участвует в образовании ковалентной связи. Он связан со своим атомом силой кулоновского взаимодействия, энергия которого соизмерима при комнатной температуре с энергией теплового движения (кТ~0,03эВ). Поэтому пятый электрон мышьяка легко отрывается от своего атома и становится свободным, а сам атом – положительно заряженным ионом. Наряду с ионизацией примеси может происходить и ионизация атомов основного вещества. Но в области температур ниже той, при которой имеет место значительная собственная проводимость, число электронов, оторванных от примеси, значительно больше числа электронов и дырок, образовавшихся в результате разрыва ковалентных связей. Следовательно, преобладающее значение в проводимости кристалла имеют электроны, и поэтому они назы­ваются основными носителями заряда, а дырки - неосновными. На энергетической диаграмме наличие примеси в решетке по­лупроводника характеризуется появлением локального энергети­ческого уровня, лежащего в запрещенной зоне. Так как при ионизации атома мышьяка образуется свободный электрон и для его отрыва требуется значительно меньшая энергия, чем для разрыва ковалентных связей кремния, то энергетический уро­вень донорной примеси должен располагаться в запрещенной зоне на небольшой глубине под «дном» зоны проводимости (рисунок 4.5б). На рисунке 4.4 показан полупроводник р-типа (кремний, легированный алюминием). Рисунок 4.4   В образовании химических связей участвуют три валентных электрона алюминия, которые способны заполнить связи с тремя атомами кремния. Связь с четвертым атомом кремния остается незавершенной (одноэлектронной). При незначительном возбуждении электрон соседней двухэлектронной связи (Si=Si) может перейти на место незаполненной связи, при этом у атома кремния появится отрицательный заряд, а на месте ушедшего электрона образуется дырка. Примесь, захватывающая электроны, называется акцепторной. Для образования свободной дырки за счет перехода электрона от атома основного вещества к атому примеси требуется значительно меньше энергии, чем для разрыва ковалентных связей кремния. Поэтому количество дырок может быть значительно больше коли­чества свободных электронов и проводимость кристалла будет дырочной. В таком полупроводнике основными носителями заря­да являются дырки, а неосновными - электроны. Полупроводник с акцепторными примесями называется дыроч­ным полупроводником или р-типа. На энергетической диаграмме, представленной на рисунке 4.5в, ак­цепторная примесь имеет энергетический уровень Wa, расположен­ный на небольшом расстоянии над потолком валентной зоны. При ионизации акцепторной примеси происходит переход электрона из валентной зоны на уровень Wa, а в валентной зоне появляется дыр­ка, которая и является свободным носителем заряда. В полупроводниках могут одновременно содержаться донорная и акцепторная примеси. Такие полупроводники называются ком­пенсированными. Наряду с генерацией носителей заряда в полупроводнике происходят процессы рекомбинации, при которых электроны из зоны проводимости возвращаются в валентную зону, что приводит к исчезновению пары электрон-дырка. Время существования носителя от его генерации до рекомбинации называется временем жизни.   Рисунок 4.5   Время жизни электрона τn и дырки τр соответственно   ;,   где n, p – концентрация электронов и дырок; Vn, Vp- скорость движения электрона относительно дырки и дырки относительно электрона соответственно. В реальных полупроводниках время жизни свободных носителей заряда состовляет 10-2-10-8с, а для стабильной работы полупроводниковых приборов оно должно быть не менее 10-5с. Расстояние, которое успевает пройти носитель за время жизни, называется диффузионной длиной. Диффузионная длина электрона Ln и дырки Lp связаны с временем жизни и коэффициентом диффузии заряда соответствующего знака (Dn и Dp) соотношениями   ,.   Время жизни и диффузионная длина тем больше, чем меньше в полупроводнике примесей и других дефектов.   4.2 Электропроводность полупроводников и ее изменение под воздействием различных факторов   В собственном полупроводнике носителями заряда являются свободные электроны и дырки, концентрации которых одинако­вы. При наличии внешнего электрического поля плотность элект­ронной составляющей тока, который протекает через собственный полупроводник, т. е. число электрических зарядов переносимых за единицу времени через единицу площади, перпендикулярной на­правлению электрического поля,   где q = 1,6-10-19 - заряд электрона, Кл; n - концентрация электро­нов зоны проводимости, м-3; Vn - средняя скорость упорядоченно­го движения электронов, возникшая под действием электрическо­го поля (дрейфовая скорость), м/с. Обычно скорость Vn пропорциональна напряженности поля:   , где - коэффициент пропорциональности, называемый подвиж­ностью, м2/(В·с). Закон Ома в дифференциальной форме:   ,   где - удельная электрическая проводимость полупровод­ника, обусловленная электронами, См/м; ρ - удельное элект­рическое сопротивление, Ом·м. Аналогично, дырочная составляющая плотности тока для соб­ственного полупроводника: ,   где р - концентрация дырок валентной зоны, м-3; - подвижность дырок, м2/(В·с). Удельная электрическая проводимость полупроводника, обус­ловленная дырками, .   Суммарная плотность тока через собственный полупроводник   .     Удельная электрическая проводимость собственного полупро­водника   .   В примесном полупроводнике при комнатной температуре при­месь полностью ионизирована и, следовательно, проводимость оп­ределяется свободными подвижными носителями заряда, электро­нами и дырками в n- и p-полупроводниках соответственно: ;   где nn и рp - концентрация основных носителей заряда электронов и дырок соответственно. Так как концентрация и подвижность свободных носителей за­ряда зависят от температуры, то и удельная проводимость также зависит от температуры. При этом для концентрации свободных носителей заряда характерна экспоненциальная зависимость, а для подвижности - степенная. Для собственного полупроводника, у ко­торого ΔW>kT, и с учетом того, что степенная зависимость сла­бее экспоненциальной зависимости, можно записать   , где ΔW - ширина запрещенной зоны; k - постоянная Больцмана; Т- абсолютная температура; - множитель, не зависящий от тем­пературы; он должен выражать при Т =, т.е. когда все валент­ные электроны перешли в зону проводимости. График зависимости (T) удобно построить, прологарифми­ровав это выражение: .   Для примесного полупроводника электропроводность:   ,   где ΔWa - энергия ионизации примесей. На рисунке 4.6 представлена температурная зависимость полупроводника с различной концентрацией примеси.   Рисунок 4.6   Повышение удельной проводимости полупроводника с увеличением Т в области низких темпера­тур обусловлено увеличением концентра­ции свободных носителей заряда за счет ионизации примеси (рисунок 4.6, участки ab, de,kl). Наклон примесного участка кривой за­висит от концентрации примесей. С рос­том концентрации атомов примеси в по­лупроводнике уменьшается наклон кривой к оси абсцисс, и она располагается выше. Это объясняется тем, что наклон прямой в области примесной проводимости опре­деляется энергией ионизации примеси. С увеличением концентрации примеси энер­гия ионизации уменьшается и соответ­ственно уменьшается угол наклона прямых. При дальнейшем повышении температуры наступает истощение примеси - полная ее ионизация. Собственная же электропроводность заметно еще не проявляется. В этих условиях концентрация свобод­ных носителей от температуры не зависит, и температурная зависи­мость удельной проводимости полупроводника определяется зави­симостью подвижности носителей заряда от температуры. Резкое уве­личение удельной проводимости при дальнейшем росте температуры соответствует области собствен­ной электропроводности. В сильных электрических по­лях нарушается линейность за­кона Ома (j = ·Е). Минимальная напряженность электрического поля, начиная с которой не вы­полняется линейная зависимость тока от напряжения, называют критической. Эта граница не является резкой и определенной и зависит от природы полупровод­ника, концентрации примесей, температуры окружающей среды. Так как удельная проводимость определяется концентрацией свободных носителей заряда и их подвижностью, то линейность закона Ома нарушается в том случае, если по крайней мере одно из этих значений зависит от напряженности электрического поля. Если изменение абсолютного значения скорости свободного но­сителя заряда под действием внешнего поля на среднем пути меж­ду соударениями сравнимо с тепловой скоростью, то подвижность носителей заряда зависит от электрического поля, причем она мо­жет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от температу­ры окружающей среды. Воздействие сильного электрического поля приводит к значительному росту концентрации свободных носи­телей заряда. Под воздействием внешнего электрического поля напряженно­стью Е на полупроводник его энергетические зоны становятся на­клонными. На рисунке 4.7 представлены электрические зоны полупроводника в сильном электрическом поле.   Рисунок 4.7   В сильном электричес­ком поле при наклоне зон возможен переход электрона из валент­ной зоны и примесных уровней в зону проводимости без измене­ния энергии в процессе туннельного «просачивания» электронов через запрещенную зону. Этот механизм увеличения концентрации свободных носителей под действием сильного электрического поля называют электростатической ионизацией, которая возможна в электрических полях с напряженностью примерно 108 В/м. На рисунке 4.8 представлена зависимость проводимости полупроводника от напряженности внешнего электрического поля, при этом участок 1 соответствует выполнению линейности закона Ома, 2 - тер­моэлектронной ионизации, 3 -электростатической и ударной ионизации, 4 - пробою.   Рисунок 4.8 Проводимость твердого кри­сталлического тела изменяется от деформации из-за увеличе­ния или уменьшения (растяжение, сжатие) междуатомных расстояний приводит к изме­нению концентрации и под­вижности носителей заряда. Концентрация меняется вследствие изменения шири­ны энергетических зон полу­проводника и смещения при­месных уровней, что приво­дит к изменению энергии активации носителей заряда и, следовательно, к уменьше­нию или увеличению концен­трации. Подвижность меня­ется из-за увеличения или уменьшения амплитуды ко­лебания атомов при их сбли­жении или удалении. Изменение удельной проводимости полупроводников при оп­ределенном виде деформации характеризует тензочувствительность:   .   Тензочувствительность представляет собой отношение относительного изменения удельного сопротивления к относительной деформации в данном направлении. Фотопроводимость полупроводников. Перевод электрона в свободное состояние или образование дыр­ки может осуществляться также под воздействием света. Энергия падающего на полупроводник света передается электронам. При этом энергия, передаваемая каждому электрону, зависит от часто­ты световых колебаний и не зависит от яркости света (силы света). С увеличением яркости света возрастает число поглощающих свет электронов, но не энергия, получаемая каждым из них. Для определенного полупроводника существует пороговая дли­на волны, определяемая энергией кванта, достаточной для возбуж­дения и перехода электрона с самого верхнего уровня валентной зоны на самый нижний уровень зоны проводимости, т.е. равная ширине запрещенной зоны. Фотопроводимость полупроводника определяется:   , где Δn - дополнительное число электронов, образовавшихся в по­лупроводнике вследствие облучения его светом. Освобожденные светом электроны находятся в зоне проводи­мости очень короткое время (10-3 – 10-7 с). При отсутствии внешне­го электрического поля они хаотически перемещаются в между­атомных промежутках. Когда к кристаллу приложена разность по­тенциалов, они участвуют в электропроводности. После окончания освещения образца электроны переходят на более низкие энерге­тические уровни - примесные или в валентную зону. При непре­рывном освещении полупроводника устанавливается динамичес­кое равновесие между образующимися дополнительными (нерав­новесными) носителями и уходящими на нижние уровни, т.е. устанавливается динамическое равновесие между процессами ге­нерации носителей заряда и их рекомбинацией. Термоэлектрические явления в полупроводниках. К важнейшим термоэлектрическим явлениям в полупроводни­ках относятся эффекты Зеебека, Пельтье и Томпсона. Сущность явления Зеебека состоит в том, что в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных полупроводников или полупроводника и металла, возникает ЭДС, если между концами этих материалов существует разность температур. Свободные носители заряда у горячего конца имеют более высокие энергии и количество их больше, чем у холодного. Поэтому больше поток носителей от горячего конца к холодному. В результате на концах полупроводника накапливается заряд. По знаку термоЭДС можно судить о типе электропроводности полупроводника. Эффект, обратный явлению Зеебека, называется эффектом Пельтье. Он состоит в том, что при прохождении тока через контакт двух разнородных полупроводников или полупроводника и металла происходит поглощение или выделение теплоты в зависимости от направления тока. Эффект Томпсона заключается в выделении или поглощении теплоты при прохождении тока в однородном материале, в котором существует градиент температур. Наличие градиента температур в полупроводнике приводит к образованию термо-ЭДС. Гальваномагнитные эффекты в полупроводниках возникают при воздействии электрического и магнитного полей. Один из них эффект Холла заключается в следующем. Если полупроводник, вдоль которого течет электрический ток, поместить в магнитное поле, перпендикулярное направлению тока, то в полупроводнике возникнет поперечное электрическое поле, перпендикулярное току и магнитному полю. На рисунке 4.9 изображена пластинка полупроводника п-типа.   Рисунок 4.9 Электрическое поле Е направлено параллельно оси Z, а магнитное поле Н – вдоль оси Y. На движущийся в магнитном поле электрон действует сила Лоренца, которая отклоняет его в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля. В результате электроны накапливаются у одного из торцов образца. На противоположной грани создается положительный не скомпенсированный заряд, обусловленный ионами донорной примеси. Такое накопление зарядов происходит до тех пор, пока действие возникшего электрического поля не уравновесит действующую на электрон силу Лоренца.   4.3 Электронно-дырочный переход (р-n переход)   Электронно-дырочный переход является основным элементом структуры большинства типов полупроводниковых приборов. Он представляет собой переходной слой в полупроводниковом материале между двумя областями с различными типами проводимости или разными значениями удельной электропроводности, причем одна из областей может быть металлом. Так как в n-области концентрация электронов значительно превышает концентрацию дырок, электроны диффундируют в р-область и там рекомбинируют с дырками. Из р-области по той же причине в n-область происходит диффузия дырок и их рекомбинация с электронами. По завершении этих процессов в р-области останутся отрицательно заряженные акцепторные ионы, в n-области положительно заряженные донорные ионы, а у границы раздела р- и n- областей образуется двойной слой пространственного заряда- отрицательные заряды в р-области, а положительные – в n-области. Сам этот слой окажется обедненным свободными носителями заряда (рисунок 4.10). Рисунок 4.10   Нескомпенсированные ионы примеси в пограничном слое создают потенциальный барьер, преодолеть который могут лишь носители, имеющие достаточную энергию, и встречные потоки которых находятся в динамическом равновесии. В отсутствии внешнего электрического поля полный ток через р-n переход равен 0. При приложении поля высота барьера изменяется и нарушается равновесие встречных потоков носителей, проходящих через него. Если к р-области приложен положительный потенциал (прямое смещение), высота барьера уменьшается, и с увеличением напряжения U возрастает поток основных носителей, способных преодолеть барьер; поток неосновных носителей не изменяется. Полный ток через р-n переход (правая ветвь вольт-амперной характеристики, рисунок 4.11), называемый прямым током р-n перехода, определяется уравнением   .   При смене полярности внешнего поля (обратное смещение) высота барьера увеличивается, ток через р-n переход определяется диффузией только неосновных носителей заряда, его величина мала и не зависит от приложенного напряжения. Такой ток Is называется обратным током р-n перехода или током насыщения (левая ветвь вольт-амперной характеристики). При изменении знака напряжения U ток через р-n переход может изменятся на 5-6 порядков. На этом свойстве основано применение р-n перехода для выпрямления переменного тока (полупроводниковый диод).     Рисунок 4.11   Концентрация неосновных носителей, а следовательно, и ток насыщения зависят от внешних воздействий (тепловых, оптических, механических), что позволяет создавать на базе р-n переходов детекторы температуры, излучения, давления, а также преобразователи различных видов энергии в электрическую. На основе р-n переходов или с их использованием создаются также транзисторы, стабилизаторы напряжения, усилители и генераторы, светодиоды, полупроводниковые лазеры, микросхемы и т.д. Образование р-n перехода происходит при контакте двух полупроводников с разным типом проводимости или при легировании одной части полупроводника донорной, а другой его части – акцепторной примесью.   4.4 Полупроводниковые материалы. Химический состав, свойства   4.4.1 Элементарные полупроводники В эту группу входят элементы, расположенные в В-подгруппах III (B), IV (Si, Ge), V (As, P), VI (S, Se, Te) групп Периодической системы. Элементарные полупроводники IV группы являются основными материалами полупроводникового приборостроения, имеющие кристаллическую решетку типа алмаза, в которой атомы соединены ковалентной связью. Период решетки у кремния меньше, чем у германия, что определяет более прочную ковалентную связь из-за более сильного перекрытия электронных облаков, и, следовательно, большую ширину запрещенной зоны. Это различие обусловило более высокий верхний предел рабочих температур (максимальная рабочая температура у кремния до 200ºС, у германия до 80ºС). Содержание примесей в них не превышает 10-7 %. Германий- один из наиболее тщательно изученных полупроводников, и многие явления, характерные для полупровод­ников, впервые экспериментально были обнаружены на этом ма­териале. Он отличается высокой твердостью и хрупкостью, не растворяется в воде и кислотах (кроме царской водки HF+HNO3).Незначительно окисляется на воздухе при комнатной температуре (активное окисление при Т>500ºС). Добывается как побочный продукт медно-свинцово-цинкового производства и коксования каменного угля. Слитки предварительно очищенного германия используют в качестве исходного материала для получения особо чистого германия методом зонной плавки или же непосредственного получения монокристаллов методом вытягива­ния из расплава. На электрические свойства гер­мания оказывает сильное влияние термообработка. Если образец п-типа нагреть до температуры выше 550 °С, а затем резко охладить (за­калить), то изменяется тип элект­ропроводности. Аналогичная тер­мообработка германия р-типа при­водит к снижению удельного сопротивления, без изменения типа электропроводности. Отжиг закаленных образцов при температуре (500-550)°С восстанавливает не только тип электропроводности, но и первоначальное удельное сопротивление. Германий применяется для изготовления диодов различных ти­пов, транзисторов, датчиков ЭДС Холла, тензодатчиков. Оптичес­кие свойства германия позволяют его использовать для изготовле­ния фотодиодов и фототранзисторов, модуляторов света, оптичес­ких фильтров, а также счетчиков ядерных частиц. Рабочий диапазон температур германиевых приборов от -60 до +70°С. Кремний является од­ним из самых распространенных элементов в земной коре; его со­держание в ней примерно 29%. Однако в свободном состоянии в природе он не встречается, а имеется только в соединениях в виде оксида и в солях кремниевых кислот. Чистота природного оксида кремния в виде монокристаллов кварца иногда достигает 99,9%. Технический кремний содержит при­мерно 1% примесей, и как полупроводник использован быть не может. Он является исходным сырьем для производства кремния полупроводниковой чистоты, содержание примесей в котором дол­жно быть менее 10-6%. Технология получения кремния полупроводниковой чистоты включает в себя следующие операции: превращение технического кремния в легколетучее соединение, которое после очистки может быть легко восстановлено; очистка соединения физическими и хи­мическими методами; восстановление соединения с выделением чистого кремния; конечная очистка кремния методом бестигель­ной зонной плавки; выращивание монокристаллов. Проводимость крем­ния, как и германия, очень силь­но изменяется из-за присутствия примесей. На рисунке 4.12 приведе­ны зависимости удельного со­противления кремния и германия от концентрации примесей. Кремний является базовым материалом полупроводниковой электроники. Он используется как для создания интегральных мик­росхем, так и для изготовления дискретных полупроводниковых приборов. Рисунок 4.12   Полупроводниковые интегральные микросхемы, отли­чающиеся малыми размерами и сложной конфигурацией активных областей, особенно широко применяются в вычислительной тех­нике и радиоэлектронике. Из кремния изготовляются различные типы полупроводниковых приборов: диоды низкочастотные (высокочастот­ные), маломощные (мощные); полевые транзисторы; стабилитро­ны; тиристоры. Широкое применение в технике нашли кремние­вые фотопреобразовательные приборы: фотодиоды, фототранзис­торы, фотоэлементы солнечных батарей. Подобно германию, кремний используется для изготовления датчиков Холла, тензодатчиков, детекторов ядерных излучений.