Жартылай өткізгіштердің қасиеттерімен иеленген элементтер. Германий, кремний, олардың қасиеттері және қолданылу салалары.
2. Жартылай өткізгіштік химиялық қосылыстар және олардың негізіндегі материалдар. Күрделі жартылай өткізгіштер. Жартылай өткізгіштерді қолдану артықшылығы.
1. Жартылай өткізгіштер қасиеттерімен ие болатын элементтер
Кесте 13.1 — Германийдің және кремнийдің қасиеттері
№ Қасиеттер Германий Кремний
1 Атомдық массасы 72,6 28,06
2 Атомдық көлемі 13,5 11,7
3 20°С кездегі тығыздығы, Мг/м^3 5,3 2,3
4 Сызықты кеңейтудің температуралық коэффициенті, К^(-1) 6∙10^(-6) 4,2∙10^(-6)
5 Орташа меншікті жылылық сыйымы, Дж/(кг К) 333 710
6 Жылылық өткізгіштің коэффициенті, Вт/(мК) 55 80
7 Еру температурасы, °С 936 1414
8 20°С кездегі кедергісі, Ом∙м 0,47 2000
9 Тыю салынған зонаның кеңдігі, эВ 0,72 1,12
10 Электрондардың жылжымалылығы, м^2/(В∙с) 0,39 1,14
11 Тесіктердің жылжымалылығы, м^2/(В∙с) 0,19 0,05
12 Электрондардың шығу жұмысы, эВ 4,8 4,3
13 Диэлектрик тиімділігі 16 12,5
14 ∆T=100 K кездегі платинаға салыстырмалы жылу — ЭҚК 33 41,6
Германий. Жердің қабығында германийдің мөлшері өте шамалы — 7∙10^(-4) % маңында. Бастапқы шикізатты химиялық қайта өңдеу арқылы қоңыр порошок түрде бастауыш германийді шығарады. Германийдің порошогын қышқылдардың қосындысында өңдеп, кесекке ерітіп қорытады.
Германий кесектерінен зоналық еріту әдіспен немесе тікелей қорытудан созу әдіспен таза германийді шығарады. Германий ішінде шамалы қоспалар түрінде Ni, Cu, Mn, Si әдетте болады. Сол себептен кесекті қоспалардан ұқыпты тазалау керек. Жартылай өткізгіштік аспаптарды әзірлеу үшін кесектерді жалпақ тілектерге кеседі. Германийдің физикалық қасиеттері 13.1 кестеде келтірілген.
Германийді әртүрлі қуаты бар айнымалы ток түзеткіштерді, әртүрлі транзисторларды, магнит өрісінің кернеулігін, тоқтарды және қуаттарды өлшеу, аспаптарды, радио және телевизия техника құрылғыларды әзірлеу үшін қолданылады. Германийдің оптикалық қасиеттері болғандықтан, оны фототанзистор және фоторизистор, үлкен жарықтық күші бар оптикалық линзалар, оптикалық сүргіштер, жарықтық және қысқа радиотолқындардың модуляторлар және ядерлік бөлшектерді санау аспаптарды әзірлеуде қолданады. Германийлік аспаптарды ылғалды ауадан қорғау керек.
Кремний. Германий сияқты кремний Менделеевтің кестесіндегі төртінші топқа жатады және текші торлы болады. Техникалық кремнийді (1 % шамадағы қоспалары бар) оның оксидтерін электр пештерде өңдеу арқылы алады. Содан кейін ұқыпты тазалаудан кейін таза кремний өндіріледі.
Кремний көлемді монокристалдардың өсіруі қорытудан созу және зоналық еріту әдістермен таза кремнийді шығарады.
Қазіргі уақытта кремний жартылай өткізгіштік аспаптарды әзірлеу үшін қолданылатын зат. Мұндай аспаптарға: диодтар, транзисторлар, фотоэлементтер, микроэлектрониканың қатты сұлбалары жатады. Кремнийді қолданғанда аспаптардың жұмыс температураларының жоғарғы шегі (20–200 °С, яғни германийге қарағанда жоғары). Кремнийдің электр өткізгіштігі қоспалардың шоғырлануына өте тәуелді.