Карбід кремнію має високу хімічну стійкість: при нагріванні на повітрі він починає помітно окислятися при температурах вище 800° С; він стійкий до більшості кислот, за винятком суміші азотної й плавикової кислот, але бурхливо розчиняється в розплавлених лугах [3].
Карбід кремнію, використовуваний у напівпровідниковому виробництві для виготовлення світодіодів, являє собою поліровані із двох сторін монокристали гексагональної модифікації політипів 6Н и 15R. Монокристали карбіду кремнію легуються азотом і мають електронний тип провідності.
Карбід кремнію завдяки його високій твердості (по твердості він небагато уступає алмазу) використають для механічної, обробки різних матеріалів. Із суміші порошку карбіду кремнію, елементарного кремнію й вуглецю випалом в атмосфері азоту одержують сіліт, що застосовують для виготовлення високотемпературних нагрівачів.
На основі карбіду кремнію одержують різні матеріали. Наприклад, при випалі карбіду кремнію із глинистим зв’язуванням одержують нелінійний матеріал – тирит, а при випалі його з ультрапорцеляновим зв’язуванням – нелінійний матеріал – летін.
Окисні напівпровідники
Окісними напівпровідниками прийнято називати бінарні сполуки полярного типу, у яких ясно розрізняються металевий і металоїдний. До цього класу напівпровідникових матеріалів ставляться такі речовини, як Сu2О, ZnO, CdO, NiO, Fe203. На (рис. 7) і (рис. 8) показані структури закису міді й окиси цинку.
Рисунок 7 - Структура закису міді [1]: 1 – кисень; 2 – мідь
Перевага окісних напівпровідників полягає в тому, що технологія їхнього виготовлення порівняно проста. Ці матеріали використають у полікристалічній формі у вигляді зразків, які легко приготувати методами керамічної технології.
Рисунок 8 - Структура окису цинку[1]: а) розташування атомів; б) кристалічна решітка
Напівпровідниковими властивостями, володіють не всі окисли металів, а тільки, ті, у яких іон металу ставиться до елемента перехідного ряду періодичної таблиці, наприклад Zn, Си, Ni, Co, Fe, Mn, Сг, V, Ti.
Найбільше застосування серед окісних напівпровідників одержала закис міді СиО – матеріал жовтий або червоний кольори [4].
Окісні напівпровідники широко застосовують для виготовлення термо- і фоторезисторів.
1.6 Склоподібні напівпровідники
Склоподібні напівпровідники - новий клас напівпровідникових матеріалів, які характеризуються розорієнтованістю структури й ненасичених хімічних зв'язків.
Склоподібність - це особливий вид аморфної речовини. Така речовина має механічні властивості, подібними з механічними властивостями кристалічного твердого тіла, і може після розплавлювання вертатися при деякому заданому режимі охолодження у вихідний стан. Для склоподібного напівпровідникового матеріалу характерним є наявність просторової решітки, у якій крім ковалентно зв'язаних атомів є полярні угруповання іонів. У таких матеріалах зв'язок між групами атомів і іонів здійснюється за рахунок короткодійсних ковалентних ван-дер-ваальсових сил. Цим пояснюється підвищена енергія активації зсуву часток у склоподібним матеріалі.
Одним з важливих відмінностей склоподібних напівпровідникових матеріалів від кристалічних є відсутність у них примісної провідності, тобто домішки в склоподібних напівпровідникових матеріалах не можуть бути ні донорами, ні акцепторами.
Склоподібні напівпровідникові матеріали поки мало вивчені й не мають широкого промислового застосування. Як приклад розглянемо декілька склоподібних напівпровідникових матеріалів.
Матеріал типу GaхAsSeу — склоподібний напівпровідник, властивості якого визначаються кількісною сполукою вхідних у нього елементів. Властивості арсенідо - селенідних стекол змінюються при введенні в них галію до 3 ат. %. При введенні галію в більших кількостях зменшується швидкість розчинення й електропровідність напівпровідникового матеріалу [5].
Матеріал типу TlхAsSу— склоподібний напівпровідник, що може містити в собі до 30 ат. % талія. Термічна стійкість і мікротвердість матеріалу помітно зменшуються в міру збільшення кількості вмісту в його сполуку талія.
Матеріал типу AsSeхTeу — склоподібний напівпровідник, що містить у собі до 40 ат.% телуру. При збільшенні змісту телуру відбувається зниження температури розм'якшення матеріалу з 400 до 100° С.
Матеріал типу AsSeхIу— склоподібний напівпровідник, що включає, у себе до 15 ат. % йода. Температура розм'якшення матеріалу залежно від його сполуки може змінюватися від 20 до 160° С. Найбільш стійка сполука As2Se3—Asl3.
1.7 Органічні напівпровідники
Органічні напівпровідникові матеріали відрізняються від інших напівпровідників як по властивостях, так і методам одержання .і можливим областям застосування. До найбільш вивчених органічних напівпровідникових матеріалів ставляться антрацен, нафталін, фталоціанін, пірин, тефеніл і ін., ширина забороненої зони яких коливається від 0,6 до 3,7 еВ, а питомий опір — від 10б до 1015 Ом-см.
Напівпровідникові властивості в органічних сполук (антрацену) були відкриті в 1906 р. Спочатку була виявлена фотопровідність барвників. Далі було знайдено, що провідність інших органічних сполук (фталоціанінові) змінюється з підвищенням температури, як і в неорганічних напівпровідників. У цей час антрацен знаходить широке застосування як напівпровідниковий матеріал як кристалічні лічильники в ядерній фізиці.
Поряд із зазначеними органічними напівпровідниковими матеріалами відоме широке коло хімічних сполук, у яких електропровідність здійснюється електронами або дірками. Питомий опір цих сполук лежить у межах від 10 до 1016 Ом-см, тобто в інтервалі електропровідності звичайних елементарних напівпровідників і ізоляторів. З ростом температури Їхня електропровідність також зростає; у деяких з них проявляється ефект Холу й фотоефект [6].
Разом з тим органічні напівпровідники багато в чому відрізняються від звичайних напівпровідників (германія, кремнію). Так, рухливість носіїв заряду в. їх на кілька порядків нижче, ніж у германія. Добре вираженої примісної провідності при низьких температурах у багатьох органічних напівпровідників не виявляється. Органічні напівпровідники становлять значний інтерес, тому що напівпровідникові властивості в них сполучаються з еластичністю, здатністю до утворення плівок і волокон, міцністю й ін.
Для твердих органічних напівпровідникових матеріалів характерна наявність у їхній структурі ароматичних кілець зі сполученими зв'язками. Типовим представником матеріалів з такою будовою є антрацен, що містить три бензольних кільця. Процес Провідності органічних напівпровідників визначається рухом носіїв зарядів усередині молекули речовини і їхніх переходів від молекули до молекули.
Домішки в органічних напівпровідниках у порівнянні з елементарними напівпровідниками відіграють другорядну роль. При введенні в органічних напівпровідників у якості домішки кисню може відбуватися як збільшення, так і зменшення електропровідності вихідного матеріалу, що обумовлено особливостями будови його молекул. Крім того, органічні напівпровідники мають внутрішній і зовнішній фотоефект. Фотопровідність органічних напівпровідників зростає зі збільшенням освітленості й температури й має певну спектральну характеристику.
Всі органічні тверді напівпровідникові матеріали можна розділити на п'ять груп: молекулярні кристали, молекулярні комплекси, металоорганічні комплекси, полімерні напівпровідники й пігменти.
Молекулярні кристали - поліциклічні низькомолекулярні ароматичні сполуки, відмінними рисами яких є їх кристалічністю і наявність ароматичних кілець із системою сполучених подвійних зв'язків. До таких матеріалів ставляться антрацен С14Н10, нафталін С10Н8, фенатрен, перилен, коронен, віолантрен і фталоціаніни. Серед речовин цього класу багато з них володіє дірковою провідністю й .характеризуються енергією активації порядку 1—3 еВ, низькою рухливістю носіїв заряду і питомим опором.
Молекулярні комплекси — поліциклічні низькомолекулярні сполуки, що характеризуються електронною взаємодією між молекулами речовини. Молекулярні комплекси володіють, як правило, значно більшою електропровідністю, чим молекулярні кристали, і являють собою сполуки донорно-акцепторного типу. Одна молекула такої речовини здатна приєднувати електрон, а друга - його віддавати. Тому такі сполуки називають також комплексами з передачею заряду. При передачі заряду виникає іонний зв'язок між молекулами [7].
Металоорганічні комплекси — низькомолекулярні речовини, молекула яких містить у центрі атом металу. Прикладом таких речовин може служити фталоціанін міді. Такі матеріали мають енергію активації носіїв заряду більше
1 еВ і відрізняються щодо високою рухливістю носіїв зарядів, що досягає 10 см2/с. Основними носіями є дірки.
Полімерні напівпровідники — матеріали, відмінними рисами яких у порівнянні з низькомолекулярними є довгі ланцюги сполучення в макромолекулах і більше складна фізико-хімічна будова. З подовженням ланцюгового сполучення підвищується електропровідність і знижується енергія активації.
Пігменти - барвники, що володіють напівпровідниковими властивостями. Прикладом можуть служити індиго, еозин, пінаціонол, радофлавін, радамін, тріпафлавін і ін. Є також природні пігменти: хлорофіл, каротин і ін. Серед пігментів зустрічаються як електронні, так і діркові напівпровідники: катіонні пігменти мають провідність n-типу, аніонні - р-типа. Для пігментів характерна висока енергія забороненої зони й низька електропровідність.
Основним критерієм використання органічних напівпровідникових матеріалів є їхня чистота. Тому питання очищення цих матеріалів від домішок дуже важливий. Звичайно для очищення органічних речовин використають чотири методи: кристалізацію з розчину, сублімацію, хроматографію з розчину або пари й зонне очищення. Як вихідні матеріали, використовуваних для виготовлення різних приладів, застосовують як монокристалічні, так і полікристалічні зразки органічних напівпровідників.
Органічні напівпровідники знаходять застосування в окремих областях електроніки й радіотехніки. Так, їх використають при виготовленні терморезисторів з високою температурною стабільністю п'єзоелементів, резонансних контурів в інтегральних схемах, радіаційних дозиметрів, детекторів інфрачервоного випромінювання, фоторезисторів, квантових генераторів, й іншими приладами. До переваг різних типів приладів і інтегральних схем, виготовлених на основі органічних напівпровідникових матеріалів, ставляться висока механічна й кліматична стійкість в умовах тропічного клімату й при підвищених вібраційних і ударних навантаженнях.
