Półprzewodniki złożone z III-V

Grupa	13	14	15
Kropka				miska
2	5 B		7 N.	L.
3	13 Al		15 pkt	M.
4	31 Ga		33 Jak	N
5	49 w		51 Sb	O

Grupa główna III / V z układu okresowego

Związków III-V półprzewodnikowy jest kombinacja materiałów z głównego chemicznej grupy III (metale ziem / grupa boru) i V (grupa azotu i fosforu) , których kombinacja ma przewodność elektryczną z półprzewodnikami . Półprzewodniki złożone z III-V mają zatem ogromne znaczenie w zastosowaniach technicznych w technologii półprzewodników .

Półprzewodniki złożone z III-V mogą być używane do generowania światła o bardzo krótkich długościach fal ( zakres UV ) za pomocą diod laserowych lub LED (zastosowania: dioda elektroluminescencyjna biała , płyta Blu-ray , HD DVD . Patrz Shuji Nakamura ). Odwrotnie materiał nadaje się również do produkcji ogniw słonecznych o bardzo wysokim stopniu wydajności (ponad 40%).

Przedstawiciel

Antymonek indu o wysokiej czystości (InSb) do zastosowań w półprzewodnikach.

• Azotki : azotek galu (GaN), azotek glinu (AlN), azotek indu (InN), azotek boru (BN)

Naturalną krystalizacją azotków jest struktura wurtzytu . Formacje z blend cynkowych można również tworzyć przy użyciu specjalnych technik . Ponadto struktura chemiczna soli kamiennej istnieje nawet pod bardzo wysokim ciśnieniem atmosferycznym .

• Fosforki : fosforek galu (GaP), fosforek glinu (AlP), fosforek indu (InP), fosforek indu i galu (InGaP), fosforek boru (BP)
• Arseny : arsenek galu (GaAs), arsenek glinu (AlAs), arsenek indu (InAs), arsenek boru (BAs)
• Antymonidy : antymonek galu (GaSb), antymonek glinu (AlSb), antymonek indu (InSb)

Te związki zasadniczo krystalizują w strukturze blendy cynku .

Związki dwuskładnikowe zawierają (z materiałem niedomieszkowanym ) atomy grupy III i V w równych proporcjach. Jednak w grupach, w których część atomów grupy III lub V składa się z dwóch typów atomów, można tworzyć formy mieszane. Tworzy to związki trójskładnikowe (w sumie trzy typy atomów) i czwartorzędowe (cztery typy atomów). Przykładami związków trójskładnikowych są arsenek glinu i galu , azotek indu i galu i arsenek indu i galu . Przykładem połączenia czwartorzędowego jest . ${\ Displaystyle \ mathrm {Ga} _ {1-x} \ mathrm {In} _ {x} \ mathrm {As} _ {1-y} \ mathrm {P} _ {y}}$

Produkcja

Półprzewodniki ze związków III-V są produkowane prawie wyłącznie przez wzrost epitaksjalny . W przypadku poszczególnych procesów epitaksji substancje te mają zwykle postać gazową iw tym stanie są silnie toksyczne nawet w niewielkich ilościach.

nieruchomości

Przerwa wzbroniona wykreślona na stałej sieci . Linie między pierwiastkami reprezentują trójskładnikowe połączenia.Krystalizacje wurtzytu mają dwie stałe sieci a i c, a blenda cynkowa tylko jedną.

Półprzewodniki złożone z głównej grupy III i V mają tę wielką przewagę nad krzemem, że ich pasmo wzbronione można zmieniać w zależności od składu materiału. W ten sposób właściwości elektryczne można zmieniać w ukierunkowany sposób. Zastosowania techniczne znajdziesz głównie w urządzeniach optycznych, takich jak detektory , diody elektroluminescencyjne czy lasery . Ponadto niektóre połączenia mają bezpośrednie przejście pasmowe (patrz pasmo wzbronione , schemat pasmowy ), co sprzyja ich zastosowaniu w zastosowaniach optycznych.

Dlatego jednym ważnym parametrem materiałowym jest energia pasma wzbronionego. To określa, długość fali od światła ( fotonów ) może zostać wygenerowane albo absorbowany w zastosowaniach optycznych. Z drugiej strony pewną rolę odgrywa stała sieciowa materiału. Ponieważ półprzewodniki można wytwarzać tylko poprzez wzrost epitaksjalny, materiały muszą być do siebie dopasowane. Różnice w stałej sieci mogą z jednej strony generować ładunki piezoelektryczne w materiale, tworzyć centra rekombinacji poprzez zwisające wiązania oraz powodować pęknięcia i pęknięcia.

Obliczanie trójskładnikowych stałych sieci

Dla stałych sieci trójskładnikowych związków mieszanych zakłada się przeważnie przejścia liniowe. Jest to znane jako reguła Vegarda i odczytuje stałą sieciową a mieszanego kryształu A _x B _1-x Z z atomów A, B, Z:

${\ Displaystyle a (A_ {x} B_ {1-x} Z) = x \ cdot a (AZ) + \ lewo (1-x \ prawo) \ cdot a (BZ)}$

Obliczanie energii przejścia trójskładnikowego

W przeciwieństwie do tego, termin kwadratowy jest używany do obliczenia energii przejścia pasma E _g . W przypadku tego terminu wartości określone eksperymentalnie są przybliżane możliwie najbliżej krzywej krzywej. Stałe dodatkowe warunki dla parametrów dyfrakcji na gorąco (niem.: Parametr wyginania ). ${\ displaystyle C}$

${\ Displaystyle E _ {\ matematyka {g}} (A_ {x} B_ {1-x} Z) = x \ cdot E _ {\ matematyka {g}} (AZ) + (1-x) \ cdot E _ {\ mathrm {g}} (BZ) + x \ cdot (1-x) \ cdot C (A_ {x} B_ {1-x} Z)}$

Zobacz też

• Półprzewodniki złożone z II-VI
• Półprzewodniki z szerokim pasmem zabronionym

literatura

• I. Vurgaftman, JR Meyer, LR Ram-Mohan: Parametry pasma dla półprzewodników złożonych III-V i ich stopów. W: Journal of Applied Physics. 89, 2001, str. 5815, doi: 10.1063 / 1.1368156 .
• I. Vurgaftman, JR Meyer: Parametry pasma dla półprzewodników zawierających azot. W: Journal of Applied Physics . 94, 2003, str. 3675, doi: 10.1063 / 1.1600519 .

linki internetowe

• Dane fizyczne niektórych półprzewodników III-V, Ioffe-Institut St.Petersburg, pol.
• Aplet Java do obliczania przerw pasmowych połączeń trójskładnikowych, pol.

Indywidualne dowody

1. ↑ Rekord świata: 41,1% wydajności dla wielozłączowych ogniw słonecznych w Fraunhofer ISE. (Nie jest już dostępny online.) W: Informacja prasowa 01/09. Fraunhofer ISE, 14 stycznia 2009, zarchiwizowane od oryginału w dniu 13 sierpnia 2011 ; Źródło 22 stycznia 2010 r . 
2. ↑ L. Vegard: Budowa mieszanych kryształów i wypełnienie przestrzeni atomów. W: Z. Phys. 5, nr 1, 1921, str. 17-26, doi: 10.1007 / BF01349680 .