CC BY
6Решетневские чтения
УДК 621.315.592
А. Ф. Шиманский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
О. И. Подкопаев ОАО «Германий», Россия, Красноярск
В. В. Вахрин, Т. В. Кулаковская, К. А. Арыков Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
ВЗАИМОСВЯЗЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ГЕРМАНИЯ
Изучена взаимосвязь электрических и структурных характеристик полупроводникового германия. Выявлены закономерности изменения электропроводности кристаллов Ов в зависимости от размера кристаллитов и содержания примесей.
Аэрокосмическая техника - область, где малые габариты и масса являются одним из решающих аргументов, базируется на максимальном использовании технологического арсенала полупроводниковой микро- и наноэлектроники и определяет вектор ее развития. В настоящее время востребованы материалы с уникальным сочетанием электро-физико-механи-ческих свойств. К их числу принадлежат кристаллы германия с минимальным содержанием примесей и дефектов. Такие кристаллы необходимы в фотоволь-таике в качестве подложек для эпитаксиальных оптико-электронных структур, они требуются для изготовления подложек радиационностойких фотоэлектрических детекторов и т. п. Содержание электрически активных примесей выше 109-1010 см-3 исключает возможность использования германия в новых областях электронной техники.
Одной из проблем производства особо чистого германия (ОЧГ) является контроль примесей, содержание которых находится на уровне чувствительности современных аналитических приборов. Это обстоятельство обусловило использование косвенных методов для определения концентрации примесей, например, четырехзондового метода измерения удельной электрической проводимости. Электрические измерения осуществляют при низкой температурах от 100 до 200 К, соответствующих области истощения примесей, и проводят их на каждой стадии очистки германия как на монокристаллических, так и на поликристаллических образцах.
В связи с этим интерес представляет вопрос о взаимосвязи электропроводности и структурных характеристик кристаллов германия, на решение которого направлена настоящая работа.
Эксперименты проводили на образцах двух типов: оптического германия марки ГПО с содержанием примесей ~1015 см-3, а также на образцах ОЧГ с концентрацией электрически активных примесей на
уровне 1010 см-3 .
Микроструктуру образцов выявляли путем травления в смеси азотной и плавиковой кислоты, взятых в соотношении 3:1.
На рисунке приведены графики зависимости удельной электрической проводимости от среднего размера кристаллитов в поликристаллических образцах герма-
ния при температуре 200 К. Установлено, что с ГПО увеличивается от 3,5х10-2 до 7,5х10-2 Ом-1 см-1 при возрастании размера кристаллитов от 3,5 до 8,0 мм, что связано с уменьшением подвижности носителей заряда, вызванном их рассеянием на структурных несовершенствах, которыми являются границы раздела. Очевидно, что с возрастанием размера кристаллитов уменьшается удельная поверхность их границ - фактора рассеяния носителей.
Противоположную картину наблюдали при исследовании кристаллов ОЧГ, их удельная электропроводность уменьшалась от 6,3*10-3 до 0,5*10-3 Ом-1 см-1 в интервале среднего размера кристаллитов от 0,5 до 10 мм. При переходе к монокристаллическому строению для одного и того же материала с снижается до 0,1х10-3 Ом-1 см-1.
о
Ь" 0,05 -
0,007 - 0,006
- 0,005
- 0,004
- 0,003 -
О
0 2 4 6 8 10 12
Ширина блоков, мм
Зависимость удельной электрической проводимости от размера зерен: ■ - ГПО; • - ОЧГ
Выявленные закономерности объясняются наличием в полупроводниках поверхностных электронных состояний, обусловленных обрывом кристаллической решетки и нарушением периодичности потенциала. Тамм И. Е. в 1932 г. пришел к выводу о возможности существования поверхностных состояний (ПС), концентрация которых на идеальной поверхности должна быть равна поверхностной концентрации атомов в кристалле, т. е. ~1015 см-2. Позднее в работе [1] экспериментально была установлена концентрация ПС в германии, которая составила 1011 см-2. Соответствен-
0,08
0,07
0,06
- 0,002
0,001
0,04
0,000
0,03
-0,001
Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли
но этому при концентрации свободных носителей заряда в оптическом ве ~1015 см-3 нейтрализация поверхностного заряда происходит на протяжении нескольких постоянных решетки, составляющем 10-4-10-5 см [1]. Совершенно иначе дело обстоит с ОЧГ, где концентрации носителей и ПС соизмеримы, и по этой причине область поверхностного потенциала проникает глубоко в объем кристалла. При этом рассеянием носителей заряда на границах блоков и уменьшением их подвижности, в отличие от оптического германия, можно пренебречь. Такое допущение справедливо, если длина свободного пробега носителей 1сп значительно меньше глубины области пространственного заряда Ь. В германии 1сп составляет ~10-5 см [1]. Таким образом, условие Ь»1сп в ОЧГ выполняется, в то время как в оптическом германии
Ь и 1сп соизмеримы и наблюдается зависимость подвижности от строения исследуемого образца.
На основании проведенных исследований можно заключить, что характер зависимости электропроводности германия от размера кристаллитов зависит от содержания в нем примесей. Удельная электрическая проводимость особо чистого германия уменьшается с увеличением среднего размера кристаллитов, что необходимо учитывать при контроле содержания в нем примесей по данным электрических измерений.
Библиографическая ссылка
1. Коноров П. П., Яфясов А. М. Физика поверхности полупроводниковых электродов. СПб. : Изд-во Сант-Петербург. ун-та, 2003.
А. F. Shimanskiy
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
O. I. Podkopaev JSC «Germanium», Russia, Krasnoyarsk V. V. Vahrin, T. V. Kulakovskaya, K. A. Arykov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk
CORRELATION OF ELECTRICAL AND STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF SEMICONDUCTING GERMANIUM
Correlation of electrical and structural characteristics of semiconducting germanium is investigated. It is revealed that conductivity of the germanium crystals is depending on crystallite size and impurity concentration.
© Шиманский А. Ф., Подкопаев О. И., Вахрин В. В., Кулаковская Т. В., Арыков К. А., 2011
УДК 669.056.9
А. А. Яковлев
ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск
РОБОТО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ
Проведен сравнительный анализ высоких и критических технологий раскроя листовых заготовок. Изложены основные преимущества использования робото-технологического манипулятора для пространственного позиционирования сопла гидроабразивной резки (ГАР).
Создание конструкции двигателя начинается с анализа его энергетических характеристик, формы и габаритов, назначения внешних и внутренних воздействий. В зависимости от этого выбираются конструк-торско-технологические решения (КТР) по типам материалов и применяемых технологий. Производственный процесс изготовления деталей и узлов жидко-стно-ракетного двигателя включает в себя изготовление заготовок, получение неразъемных и разъемных соединений, сборку узлов, нанесение покрытий, неразрушающий контроль и технологические испытания. Важнейшей частью этого процесса является заготовительное производство, задача которого -подготовка исходных материалов и изготовление заготовок.
При разработке технологического процесса изготовления деталей одним из важнейших этапов является выбор метода получения заготовок, так как он обуславливает норму расхода материалов и коэффициент его использования, оказывает существенное влияние на трудоемкость механической обработки и в значительной степени определяет себестоимость выпускаемых изделий. От рационального выбора вида заготовки - прямая связь с технологией получения заготовки - зависит экономическая целесообразность технологического процесса обработки деталей.
В области раскроя листовых материалов в перечне высоких и критических технологий в настоящее время конкурируют технологии лазерной и гидроабразивной резки. При анализе номенклатуры заготови-
