Механические испытания материалов Испытания на твердость Измерение ударной вязкости Кристаллическое строение металлов Кристаллизация Основы теории сплавов Металлы Полупроводники Электропроводность твёрдых диэлектриков

Материаловедение Металлы, проводники, кристализация

 

Полупроводники.

Германий. Содержание германия в земной коре невелико, около 7 10-4%. В результате химической переработки исходного сырья образуется тетрахлорид германия, который путем дальнейших операций переводят в диоксид германия (GeO2) – порошок белого цвета. Диоксид германия восстанавливается в водородной печи при температуре 650-700 °С до элементарного германия, представляющего собой серый порошок. В некоторых случаях порошок германия получают непосредственно из GeCl4 путем разложения этого соединения при высокой температуре в атмосфере паров цинка. Порошок германия подвергают травлению в смеси кислот и сплавляют в слитки. Слитки германия используют в качестве исходного материала для получения особо чистого германия методом зонной плавки или же для непосредственого получения монокристаллов методом вытягивания из расплава ( метод Чохральского ).

Физические свойства германия:

атомная масса 72,60;

атомный объем 13,5;

постоянная решетки 0,566 нм;

плотность при 20°С  5,3 Мг/м3;

средний температурный коэффициент линейного расширения (0-100°С) 6,0 × 10-6 К-1;

коэффициент теплопроводимости 55 Вт/(м К);

средняя удельная теплоемкость (0-100°С) 333 Дж/(кг К);

температура плавления 936°С;

удельная теплота плавления 4,1 × 105 Дж/кг;

коэффициент поверхностного натяжения ( при температуре плавления) 0,6 Н/м;

собственное удельное сопротивление при20°С 0,47 Ом м;

собственная концентрация основных носителей 2,5 × 1019 м-3;

ширина запрещенной зоны при 20°С 0,72 эВ;

подвижность электронов 0,39 м2/(В × с);

подвижность дырок 0,19 м2(В × с);

диффузионная длина неосновных носителей 0,2-3,0 мм;

работа выхода электронов 4,8 эВ;

первый ионизационный потенциал 8,10 В;

диэлектрическая проницаемость 16;

термо – ЭДС относительно платины при DТ = 100К 33,0 мВ.

 

При плавлении удельная проводимость германия возрастает скачком примерно в 13 раз. При дальнейшем нагреве удельная проводимость сначала почти не изменяется, а начиная с температуры 1100°С – падает. В момент плавления германия происходит увеличение его плотности на 5-6 %. Максимум фотопроводимости достигается при l » 1,5 мкм в области инфракрасной части спектра.

Германий применяется для изготовления выпрямителей переменного тока различной мощности, транзисторов разных типов. Из него изготовляются преобразователи Холла и другие ,применяемые для измерения напряженности магнитного поля, токов и мощности, умножения двух величин в приборах вычислительной техники и т. д. Оптические свойства германия позволяют использовать его для фототранзисторов и фоторезисторов, оптических линз с большой светосилой ( для инфракрасных лучей ), оптических фильтров, модуляторов света и коротких радиоволн. Германий используется для изготовления счетчиков ядерных частиц. Рабочий диапазон температур германиевых приборов от – 60 до + 70 °С; при повышении температуры до верхнего предела прямой ток, например у диодов, увеличивается почти в два раза, а обратный – в три раза. При охлаждении до – 950-60)°С прямой ток падает на 70 –75 %.

Германиевые приборы должны быть защищены от действия влажности воздуха.

Кремний

Карбид кремния

Материаловедение