Металлы и металлопродукция: полупроводниковые материалы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ И ФИНАНСОВ

 

 

 

                              Институт магистратуры

 

 

 

 

Направление подготовки: Торговое дело

Магистерская программа: Коммерция на рынке товаров и  услуг

 

 

Контрольная работа по программе: «Товароведение и экспертиза товаров производственно-технического назначения»

На тему : «Металлы и металлопродукция: полупроводниковые материалы»

 

Выполнила: Лашаева Александра 1 курс

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

                                                                                               2013 

Итак, полупроводниковыми материалами называют большую группу веществ, которые по своей электропроводности занимают промежуточное положение между проводниками (металлы) и диэлектриками. К полупроводниковым материалам относят 12 элементов третьей , четвертой, пятой и шестой группы периодической системы Д. И.  Менделеева: бор, углерод, кремний, германий, фосфор, олово, мышьяк, сурьма, сера, селен, теллур и йод, являющиеся простыми полупроводниками , а также ряд неорганических соединений : карбиды кремния, арсениды, сульфиды и оксид, представляющие собой самые сложные полупроводниковые материалы.

1. Классификация.

Из множества существующих классификаций полупроводниковых  материалов, была выбрана следующая:

Полупроводниковые материалы  по своей структуре делятся на:

1. Кристаллические
2. Твердые
3. Аморфные
4. Жидкие

Наибольшее практическое применение находят неорганические кристаллические полупроводниковые материалы, которые по химическому составу разделяются на следующие основные группы:

1. Элементарные полупроводники: Ge, Si, углерод (алмаз и графит), В, α-Sn (серое олово), Те, Se. Самые важные представители- германий и кремний.
2. Соединения типа AIIIBV элементов III и V группы периодической системы имеют в основном кристаллическую структуру типа сфалерита.
3. Соединения элементов VI группы (О, S, Se, Те) с элементами I—V групп периодической системы, а также с переходными металлами и РЗЭ. В обширной группе этих полупроводниковых материалов наибольший интерес представляют соединения типа AIIBVI с кристаллической структурой типа сфалерита или вюрцита.
4. Тройные соединения типа AIIBIVCV2 кристаллизуются в основном в решётке халькопирита.
5. Карбид кремния SiC — единственное химическое соединение, образуемое элементами IV группы.

 

Все остальные полупроводниковые  материалы относятся к некристаллическим. Типичными представителями этой группы являются стеклообразные полупроводниковые материалы — халькогенидные и оксидные. К первым относятся сплавы Tl (таллий), P (фосфор), As (мышьяк), Sb (сурьма), Bi (висмут) с S, Se (селен), Те (теллур), характеризующиеся широким диапазоном значений удельной электрической проводимости, низкими температурами размягчения, устойчивостью к кислотам и щелочам. Все стеклообразные полупроводниковые материалы имеют электронную проводимость, обнаруживают фотопроводимость и термоэдс. При медленном охлаждении обычно превращаются в кристаллические полупроводниковые материалы. Другим важным классом некристаллических полупроводниковые материалы являются твёрдые расплавы ряда аморфных полупроводников с водородом, так называемые гидрированные некристаллические полупроводниковые материалы.

 

2. Физические свойства и область применения.

Прежде всего, следует  сказать, что физические свойства полупроводниковых  материалов были изучены в сравнении  с проводниками и диэлектриками. Так, характерной особенностью полупроводниковых  материалов является резкое повышение электропроводности вместе с повышением температуры. При высоких температурах удельная электропроводность полупроводников намного выше, чем у металлов , тогда как при низких температурах , они практически обладают свойствами диэлектриков. Фарадей был первым, кто отметил отрицательный температурный коэффициент сопротивления у полупроводников при изучении сернистого серебра.

Как пишет в своей  книге известный  английский физик  Р. Смит , в настоящее время ¹ хорошо известна ограниченность данного критерия: в определенном температурном интервале сопротивление полупроводника может увеличиваться с ростом температуры, особенно , при наличие в нем достаточного количества примесей. Однако, при дальнейшем повышении температуры всегда можно достичь такой точки, выше которой сопротивление с ростом температуры быстро падает. Теперь известно, что эти эффекты связаны с наличием оксидных пленок или существованием трещин между отдельными кристаллами , но в свое время они привели  к тому, что металлы титан и цирконий были отнесены к числу полупроводников.

Важнейшая область применения полупроводниковых материалов —  микроэлектроника. Полупроводниковые  материалы составляют основу современных  больших и сверхбольших интегральных схем, которые делают главным образом на основе кремния.

Кремний- один из самых  распространенных в земной коре элементов, плотность его 2,33 г/см³, температура кипения 3300^о С, температура плавления 1420^о С. Свободный кремний получают прокаливанием мелкого белого песка в среде магния. Применяют для изготовления фотоэлементов, выпрямителей, усилителей.

Наибольшее применение в полупроводниковой технике  для изготовления выпрямителей, усилителей, фотоэлементов и других приборов получили также германий , селен  и некоторые их соединения.

Германий- редкий металл серого цвета , плотностью 5,35 г/см³ , температура плавления 936 ^о С, температура кипения 2850 ^о С. Соединения германия получают из побочных материалов, выделяющихся при переработке руд цветных металлов и золы от сжигания некоторых видов угля. Как полупроводниковый материал германий подвергается тщательной очистке и применяется для изготовления выпрямителей, усилителей в радио- и телевизионной технике, а также для изготовления деталей счетно-вычислительных машин.

Селен- малораспространенный элемент в природе, температура плавления 217 ^о С, температура кипения 685^о С. Селен получают из продуктов , выделяющихся при производстве серной кислоты, электролитическом рафинировании цветных металлов. В полупроводниковой технике селен применяется для изготовления выпрямителей и фотоэлементов. Селеновые выпрямители- основные полупроводниковые приборы, получившие массовое применение.

 

 

Список материалов, используемых в работе:

1. Акимов И. У., Товароведение промышленного сырья и материалов. - Ташкент: «Укитувчи», 1989.
2. Смит Р., Полупроводники, 1982.
3. Интернет –ресурс : http://www.femto.com.ua/articles/part_2/2974.html

 

¹ Р. Смит , Полупроводники, 1982, стр.15.