Свойства элементов, применяемых в полупроводниковой технике.
Статьи и работы по химии / Выполнение лабораторных работ по химии в вузах / Статьи и работы по химии / Выполнение лабораторных работ по химии в вузах / Свойства элементов, применяемых в полупроводниковой технике. Свойства элементов, применяемых в полупроводниковой технике.

Цель работы - изучение свойств элементов III-V групп главных подг­рупп и некоторых их соединений.

В главных подгруппах III-V групп периодической системы элементов расположены Р - элементы, среди которых в свободном состоянии есть ме­таллы, полупроводники и неметаллы.

В периодах слева направо в атомах заполняется р - подуровень от р1 до р5. С увеличением числа электронов на внешнем уровне атомов уменьшается восстановительная способность атомов и усиливается их окисли­тельная активность (увеличивается ионизационный потенциал, сродство к электрону, электроотрицательность.

В подгруппах сверху вниз у Р - элементов заметно усиливаются восс­тановительные свойства.

Оксиды и гидроксиды неметаллов проявляют кислотные свойства. Свойства оксидов и гидроксидов металлов связаны с валентным состояни­ем металла: с ростом валентности металла усиливаются кислотные свойс­тва.

Окислительно-восстановительные свойства соединений рассматривае­мых элементов также связаны с валентным состоянием элементов: чем вы­ше валентность элемента, тем более окислительными свойствами обладает его соединение.

Полупроводники бывают собственные и примесные. В качестве примес­ных чаще всего применяются элементы IV подгруппы - германий и кремний. В электронике часто применяют полупроводники, у которых часть атомов основного элемента в узлах кристаллической решетки замещена атомами другого элемента. Такие полупроводники называются примесными.

Например, для получения  n - проводимости германий или кремний легируют элементами, находящимися в V группе  периодической системы: фосфором, мышьяком, сурьмой; для получения p - проводимости германий или кремний легируют элементами III группы: бором, алюминием, галлием, ин­дием.

Рассмотрим свойства германия и кремния. Германий относится  к числу рассеянных элементов, часто встречающихся в природе, но при­сутствующих в различных минералах в очень малых количествах.

Являясь элементом IV группы периодической системы Д. И. Менделеева, германий образует два ряда химических соединений с валентностью два и четыре, из которых наиболее распространены более устойчивые соединения четырехвалентного германия. На воздухе германий не окисляется и не разлагает воду. Соли германия - германиты слабо растворимы в  воде, кроме  и . Германий растворяется в царской водке,  но не реагирует с соляной и разбавленной серной кислотами. Азотная и концентрированная серная кислота окисляют его в двуокись.

Галогениды германия в последнее время используются в микроэлектронике, например, при производстве транзисторов. Чаще других используется тетрахлорид германия , который можно получить либо нагреванием германия в токе газообразного хлора, либо путем дистилляции смеси двуокиси германия и соляной кислоты:

Кремний в природе встречается в виде оксида  и в солях кремневых кислот.

Кремний образует два ряда химических соединений с валентностями два и четыре, относительно трудно окисляется на воздухе. С кислородом существует два соединения -  и .

Кристаллический кремний практически не растворим во всех кислотах, в том числе и в HF, зато он легко реагирует даже с разбавленными щелочами.

Германий получается восстановлением из  с помощью восстановителей: водорода, углерода, магния, цинка. Наиболее удобным является водород. Восстановление водородом происходит в две стадии. На первой стадии процесса образуется оксид  (II)

Эта реакция протекает с максимальной скоростью при температуре 650°С.  Затем под влиянием водорода происходит восстановление оксида германия (II) до германия

Для производства кремния широко используется метод Бекетова, который заключается в восстановлении четыреххлористого кремния  ме­таллом-восстановителем по следующей реакции

Металлом-восстановителем могут быть все металлы, находящиеся слева от кремния в ряду напряжений, т.е. калий, кальций, магний, цинк и т.д.

Полупроводниковые соединения типа .

Полупроводниковые кристаллические соединения, называемые соединениями типа  представляют собой химические соединения, образу­ющиеся при взаимодействии элементов IIIв и Vв подгрупп периодической системы Д. И. Менделеева. В этих соединениях на каждый атом элемента III группы приходится один атом V группы, причем в кристаллической ре­шетке эти атомы чередуются между собой.

Как следует из периодической системы, у атомов элементов III группы имеется три валентных электрона в состоянии s2p1, а у  атомов элементов V группы по пять электронов в состоянии s2p3.

Таким образом, среднее число электронов, приходящихся на один атом в соединения типа , то же, что и в полупроводниковых эле­ментах IV группы, таких как алмаз, кремний, германий, серое олово. Поэ­тому кристаллическая структура и электронные свойства этих соединений во многом сходны со структурой и свойствами полупроводников IV группы.

Основными соединениями типа  является антимонид индия (), арсенид индия (), фосфид индия (), антимонид галлия (), арсенид галлия (), фосфид галлия (), антимонид алюминия ().

Такие соединения отличаются от элементов IV группы тем, что в них подвижности электронов более высокие. Так, например, подвижность электронов в соединении  почти на порядок (в 10 раз) превышает подвижность в германии, а в  - более чем в 20 раз. Экспериментальная часть

    Смотрите также

    Нормы содержания окиси углерода
    ...

    Качественный анализ неизвестного вещества
    Аналитическая химия имеет огромное практическое значение в жизни современного общества, поскольку создает средства для химического анализа и обеспечивает его осуществление. Химический ан ...

    Адсорбция
    Адсорбция (от лат. ad — на, при и sorbeo — поглощаю), поглощение к.-л. вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела. Например, если поместить в ...