Физико-химические и электрические свойства Si

Si - кристаллизуется в структуре алмаза. Связь ковалентная. = 1.12 эВ.

В химическом отношении относительно инертен. Хорошо растворим лишь в смеси HNO₃+HF и кипящих щелочах. Окисление до SiO₂ происходит при t > 900⁰С. Т_пл = 1414⁰С, d = 2.33 г/см³, а = 0.5431 нм.

При 1100-1300 взаимодействие с N₂ с образованием Si₃N₄. Хорошо растворим во многих расплавленных металлах, с рядом из них образует силициды.

При взаимодействии Si с С образуется карбид SiC – очень устойчивое химическое соединение с полупроводниковыми свойствами.

Собственная проводимость может быть при <10¹⁶ м^-3, что не достигается современными методами очистки.

Расплав Si имеет в 30 раз меньше, а плотность на 10% больше. В расплаве Ом*м и ведет себя подобно жидким металлам.

Атомы элементов III и V групп Периодической системы, являясь соответственно акцепторами и донорами, создают мелкие уровни в запрещенной зоне с энергией ионизации примерно 0.05 эВ. Одним из основных методов легирования полупроводниковых пластин Si и создания “p-n” переходов является диффузия электрически активных примесей. Их максимум растворимости при 1200-1300⁰С. Из-за ограничений в растворимости примесей и относительно низкой подвижности носителей заряда затруднено получение монокристаллов Si с < 10^-5 Омм.

Марки кремния.

В условное обозначение слитка монокристалла Si входит:

1. Наименование (К-кремний)

2. Тип электропроводности (Э-электронный, Д - дырочный)

3. Легирующая примесь (Б - бор, Ф – фосфор, С – сурьма)

4. Номинал удельного электрического сопротивления (от 0.005 до 80 Ом*см)

5. Группа марки

6. Подгруппа по диаметру монокристалла и базовой длине:

диаметр 62.5 мм -“а”,78.5 мм -“б”,102.5 мм -“в”,127.5 мм -“г”,152.5 мм -”д”;

длина а-100 мм, б-15 мм, в,г,д-250 мм.

7. Отклонение от номинального диаметра после калибровки до 60, 76, 100, 125, 150 мм –

8. Кристаллографическая ориентация:

- нет индекса, - “м”, - “э”

9. Отсутствие свирлевых дефектов: с₁-для с₂-для

10. ГОСТ.

Пример наименования: ГОСТ 19658-81

Иногда при изготовлении слитков по другим технологиям в обозначение вводят буквы “М” – моносилановый метод, “Б” – бестигельное зонное плавление (КМД-5, БКЭ-2А).

Эпитаксиальные слои по ТУ обозначают n-n⁺, n-p, p-n⁺ , где первый индекс - электропроводность полупроводникового слоя, а второй индекс – подложки. Знак ”+” обозначает сильное легирование.

Для ИМС обозначение имеет вид дроби:

Для защиты поверхности Si в приборах наращивают защитное покрытие из SiO₂ , путем нагрева при 1100-1300⁰С в атмосфере O₂ до толщин = 0.2 1.2 мкм.

В изготовлении больших ИС все большее распространение получает полукристаллический кремний. Осаждение проводят путем термического разложения силана SiH₄ при 700 , (то есть значительно больше сопротивления монокристалла). Из него выполняют резисторы, межсоединения, элементы транзисторов, обеспечивают надежную диэлектрическую изоляцию между элементами ИС. То есть делается комбинация элементов монокристаллического кремния и поликристаллического, что увеличивает плотность элементов и быстродействие ИС. Для увеличения проводимости поликристаллического кремния его легируют.