Dr. Német Béla (2013)
Pécsi Tudományegyetem
Tartalom
A címben szereplő téma ugyan csak a félvezető alapanyagok megmunkálási technológiáit foglalja magába, azonban ez elválaszthatatlan az infokommunikációs iparág termékeinek technológiájától, sőt a velük járó emberi életmódváltozástól. A félvezetők fejlesztése és alkalmazása az utolsó 30 év alatt, a Moore törvény szerint még napjainkban is „tartja” az exponenciális növekedését, ezzel együtt ilyen termékek hasonló „szaporodása” zajlik, mint az asztali számítógépek, az egy tenyérben elférő, kisméretű számítógépek, azokostelefonok, a táblagépek, PC-k bementi és kimeneti perifériái és háttértárolók. Ezekkel együtt jöttek létre az internet, az internetes keresők, közösségi portálok, stb.
http://hu.wikipedia.org/wiki/Félvezető
A félvezetőknek nevezzük azokat az anyagokat, amelyek fajlagos ellenállása a vezetők és a szigetelők közé esik. A félvezetők fajlagos elektromos vezetése közönséges hőmérsékleten 10− 9 - 103 1/Ωcm, azaz gyengén vezetik az áramot és nem jók szigetelőnek sem. Nagyon alacsony hőmérsékleten a félvezető szigetelőként viselkedik, de szobahőmérsékleten sajátvezetésük van. A másik jellemző tulajdonságuk az ellenállásuk hőfokfüggése. A félvezetők ellenállása a hőmérséklettel exponenciálisan csökken. Tehát elektromos ellenállásuk negatív hőmérsékleti együtthatóval (NTC) rendelkezik.
Vannak elemi félvezető anyagok, amelyek tiszta állapotban rendelkeznek a fenti tulajdonságokkal: a germánium (Ge) a szilícium (Si) és a szelén (Se). A szilárd oldat típusú félvezetők: a gallium-arzenid (GaAs), gallium-aluminium-arzenid (GaAlAs), indium-antimonid (InSb), szilicium-karbid (SiC), ólom-tellurid (PbTe), stb. Néhány vegyület félvezető tulajdonságokat mutat: ólom-szulfid (PbS), a titán-oxid (TiO2) és a réz-oxid (Cu2O) műszaki nevén kuprox.
Az elemi félvezető anyagok közül leggyakrabban a szilíciumot (Si) említjük. A legfontosabb érv alkalmazása mellett az a tény, hogy oxidja, a szilícium-dioxid stabil vegyület és emellett kiváló passziváló és elektromos szigetelő anyag. Ezért integrált áramkörök gyártásához a szilícium szinte ideális alapanyag. A szilícium-eszközök széles hőmérséklet tartományban alkalmazhatók. A maximális hőmérséklet, melyen még üzemképesek maradnak, 175 oC. E felett a diffúziós folyamatok felgyorsulása miatt az eszköz élettartama rohamosan csökken.
A vegyület-félvezetők döntő része az AxB8-x képlettel jellemezhető. A legjellemzőbb vegyület félvezetők az alábbiak:
x=1 AgCl, CuBr, KBr, LiF.
x=2 esetén az alábbi vegyület félvezetők a leggyakoribban: CdS, CdSe, CdTe; ZnS, ZnSe, ZnO; HgTe, HgSe,
x=3 esetén a vegyület félvezetők legfontosabb képviselőihez jutunk: bármelyik-bármelyikkel létrehozhat vegyület félvezetőt.
B |
![]() |
N |
Al |
P | |
Ga |
As | |
In |
Sb |
A csoport legismertebb tagja a gallium-arzenid (GaAs). Nagy mozgékonysága miatt elsősorban mikrohullámú eszközök alapanyaga. A GaAs-et 1929-ben fedezték fel. Félvezető eszköz alapanyagaként azonban jóval később kezdték használni. A gallium (Ga) a földkéregben található, tonnánként körül-belül 10-15 gr. Főleg bauxitból nyerhető ki és a timföldgyártás melléktermékének tekinthető.
Az arzén (As) régóta ismert elem, több ásvány alkotórésze. A megfelelő tisztaságú As előállítása nagyon nehéz, mert a kén (S) eltávolítása sok gonddal jár. Mind a Ga, mind az As nagyon mérgezőek. Felhasználásuk nagy körültekintést igényel. Szobahőmérsékleten a Ga folyadék, míg az As gáz. Komoly gondot okoz tökéletesen 1:1 arányú vegyületükből gyémántkristályos félvezető anyagot előállítani.
További vegyület-félvezetők is léteznek, melyek az AIVBVI képlettel jellemezhetők. Ezek közé tartozik a PbS, PbSe és PbTe. A vegyület-félvezetők között lehetnek AIBVI képlettel jellemezhetők is. Ezek közé tartozik a CuS, CuO és Cu2O.
A szilárd oldatok kettőnél több komponenst tartalmaznak. Három komponens esetén képletük lehet AxB8-xC8-x vagy AxBxC8-x. Ilyen például a GaAsP, illetve az InGaSb. Négy komponens esetén a képlet AxBxC8-xD8-xalakú. Ilyen félvezetők a LED-ek alapanyagaként használt AlGaPAs, de hasonló a ZnCdSeTe is.
1. Táblázat. Világító diódák (LED) alapanyagai és nyitófeszültségük
A LED színe |
Alapanyaga |
Nyitófeszültsége (V) |
infravörös |
GaAs |
1,0-1,5 |
sötétpiros |
GaP:ZnO | |
sötétpiros |
GaAs0,62:P0,38 |
1,5-1,8 |
világospiros |
GaAs0,6P0,4:GaP |
2,0 |
narancs |
GaAs0,35P0,65:N | |
sárga |
GaAs0,15P0,85:N |
3,5 |
zöld |
GaP:N |
2,5-3,0 |
kék |
SiC |