Арсенид индия. Свойства, применение. Особенности получения эпитаксиальных пленок

| Категория реферата: Остальные рефераты
| Теги реферата: тесты онлайн, курсовые работы
| Добавил(а) на сайт: Pamfilij.

Ширина запрещенной зоны Eg=0.35 эВ (300 К)

Температурная зависимость Eg=(0.44-2.8(10-4T)эВ

Эффективная масса электрона me*=0.026 m0

Эффективная масса тяжелой дырки mp*=0.41 m0

Эффективная масса легкой дырки mi*=0.025 m0

Эффективная масса дырки в зоне спин-орбитального расщепления mj*=0.083 m0

Энергия спин-орбитального расщепления (Eg=0.43 эВ.

Оптические свойства арсенида индия.

Наибольший практический интерес представляет спектральный диапазон в близи края собственного поглощения. Именно в этой области длин волн (3-5 мкм) работают фотоприемники, изготовленные из эпитаксиальных структур арсенида индия.
Поглощение света в толстом полупроводника может быть описано выражением

I=I0(1-k)(exp(-(X), (1) где I0 - интенсивность падающего излучения, k - коэффициент отражения, ( - коэффициент поглощения, X - координата.
Величина коэффициента отражения в близи края собственного поглощения не превышает 30-40% и может быть оценена из выражения

[pic] (2) где n - показатель преломления.
. В полупроводниках, как правило, одновременно работает несколько механизмов поглощения света. Основные из них:
. собственное или фундаментальное поглощение;
. эксионное;
. поглощение свободными носителями;
. решетчатое;
. внутризонное.
Полный коэффициент поглощения в случае одновременного участия нескольких механизмов поглощения равен:

[pic]. (3)
В указанном диапазоне длин волн 3-5 мкм и обычно используемой области температур 77-300 К работает в основном два механизма: собственное поглощение и поглощение на свободных носителях. В области собственного поглощения прямозонная структура арсенида индия обуславливает резкую зависимость коэффициента поглощения от энергии:

[pic],

[pic] (4) где e - заряд электрона, h - постоянная Планка, с - скорость света. В арсениде индия n-типа величина Еg=0.35 эВ при Т=300 К, а показатель степени в выражении для (=0.85 n=1, в материале р-типа Еg=0.36 эВ, а n=0.5.
В легированных образцах за счет малой эффективной массы электронов с увеличением концентрации носителей происходит быстрое заполнение зоны проводимости электронами, в следствии чего уровень Ферми находится выше дна зоны проводимости на величину энергии (En. В этом случае коэффициент поглощения описывается выражением

[pic] (5) т.е. происходит сдвиг края поглощения в сторону больших энергий.
Поглощение на свободных носителях в области длин волн, превышающих 3 мкм, хотя слабее, чем собственное, тем не менее может играть значительную роль в сильно легированных образцах. В этом случае ( описывается выражением

[pic] (6) где n - показатель преломления, ( - проводимость, ( - длина волны, [pic]
Оценки показывают, что при (=3 мкм и n=1018 см-3 в пластине арсенида индия толщиной 400 мкм поглотится около 80% светового потока.

Подвижность в арсениде индия.

Подвижность носителей заряда в кристаллах арсенида индия ограничивается несколькими механизмами рассеивания:
. рассеянием на оптических и акустических фононах;
. на ионных примесях;
. на нейтральных примесях:
. на дефектах кристаллической решетки (дислокациях):
. на носителях заряда.
В приближении времени релаксации ( подвижность вычисляется по формуле

[pic] (7) где ( - вычисляется для каждого механизма рассеивания отдельно.
В монокристаллических объемных образцах арсенида индия достигнуты следующие значения подвижности: n-тип, (=30000 см2/Вс(300К), р-тип, (=450 см2/Вс(300К).
Сростом концентрацией примесей подвижность падает.

Методы глубокой очистки индия и мышьяка.

Для получения монокристаллов арсенида индия с высокими и стабильными электрофизическими параметрами необходимо использовать высокочистые исходные материалы.
Арсенид индия с трудом поддается очистке кристаллизационными методами в следствие высокого давления диссоциации при температуре плавления, высокой химической активности индия и мышьяка при температуре выращивания и близких к единице значений коэффициентов распределения основных примесей в исходных элементах, таких как сера, селен, цинк и др., а также из-за загрязнением кремнием из кварца при высокой температуре.

Методы глубокой очистки индия.

В индии предназначенном для синтеза полупроводниковых соединений, лимитирующими являются следующие примеси: алюминий, медь, магний, кремний, серебро, кальций, серебро и сера.
Применяемые методы очистки индия можно разделить на химические и физические. Методы первой группы - субхлоридный, экстракционный, электролитический и перекристаллизация солей из растворов. Химические методы требуют наличия сверхчистых вспомогательных материалов кислот, щелочей, органических растворителей. Методы второй группы (физические) - термообработка, ректификация, вытягивание из расплава и зонная плавка - включают воздействие на индий каких-либо вспомогательных химических реактивов.
При применении для приготовлении электролита особо чистого натрия электролитическое рафинирование индия позволяет получить индий чистотой
99,9999% (выход по току 90%).
Субхлоридный метод получения индия высокой чистоты позволяет получать индий чистотой 99,9999%.
Для успешного осуществления метода вакуумной термообработки необходимо выполнения следующих условий:
. материал контейнера должен быть достаточно чистым и не взаимодействовать с расплавленном индием;
. термообработка должна проводится в условиях высокого вакуума (10-6 мм рт.ст.) и в остаточной атмосфере, не содержащей углеводородов.
Термообработка индия проводится в интервале температур 500-900ОС. Верхний предел температурного интервала ограничивается взаимодействием расплавленного индия с кварцем и значительным увеличение упругости пара индия.
Вакуумная термообработка позволяет получить индий чистотой 99,9999%.
Зонная плавка электрически рафинированного индия позволяет осуществлять дальнейшую очистку его от примесей.
При вытягивании кристаллов индия по методу Чохральского эффективная очистка происходит при выращивании кристаллов с большими скоростями вращения затравки (60-100 об/мин) и скоростью роста 2см/ч. Чистота индия выращенного по методу Чохральского, выше 99,9999%. Применение только одного способа очистки индия может оказаться недостаточным, и возможно потребуется сочетание различных способов (физических и химических).

Методы получения мышьяка и его соединений высокой степени чистоты.

Общее содержание примесей в мышьяке используемом для синтеза арсенида индия, не должно превышать 1(10-5%, суммарное содержание селена и теллура должно быть < 1(10-6% каждого в отдельности.
Наиболее перспективными технологиями очистки мышьяка являются хлоридная и гидридная с получением промежуточных высоко чистых продуктов треххлористого мышьяка или гидрида мышьяка. Хлоридная схема получения чистого мышьяка включает:
. хлорирование металлического мышьяка хлором или взаимодействие трехокиси мышьяка с соляной кислотой;
. очистку трихлорида мышьяка ректификацией;
. восстановление очищенного трихлорида мышьяка водородом до компактного металлического мышьяка.
Перед ректификацией треххлорида мышьяка проводят сорбционную очистку.
Для получения особо чистых гидрида мышьяка и элементарного мышьяка используется гидридная схема. Гидридная технология мышьяка имеет ряд преимуществ:
. содержание мышьяка в гидриде выше, чем в любом другом соединении;
. разложение гидрида мышьяка происходит при невысоких температурах и отсутствует необходимость в восстановлении;
. гидриды имеют малую реакционную способность по отношению к конструкционным материалам при температурах синтеза и очистки.
Недостатками гидрида мышьяка являются высокая токсичность и взрывоопасность.
Гидридная технология очистки мышьяка состоит из следующих этапов:
. синтез арсенида металла II группы;
. гидролиз арсенида с получением арсина;
. очистка арсина сорбцией;
. вымораживание и ректификация;
. разложение арсина до металлического мышьяка.
Мышьяк, полученный по приведенным схемам, с успехом используется для синтеза арсенида индия. Кроме того, треххлористый мышьяк находит широкое применение для нарашивания эпитаксиальных слоев арсенида индия.