5.2. Получение сплавных переходов.

Технологию получения сплавных переходов рассмотрим на при­мере полупроводника германия(рис 5.2). В пластинку толщиной от 0,5 до 0,1мм вплавляют металл или сплав металла, содержащий необходимые примеси. При этом происходит его сплавление с частью германия. При охлаждении равновесная концентрация полупроводника в расплаве уменьшается, он выкристаллизовывается из расплава. Если при этом расплавленный металл обладает хорошей растворимостью, то количество примеси, вошедшей в рекристаллизованную область, может оказаться значительным и рекристаллизированная область приобретает противоположный тип проводимости. Если введенная примесь обладает высоким коэффициентом диффузии, то при достаточно высокой температуре вплавления может происходить одновре­менно диффузия металла в полупроводник, вследствие чего образу­ется более плавный переход от полупроводника одного типа проводимости к полупроводнику другого типа. Металл или сплав должны: а)обладать способностью создавать в полупроводнике знак прово­димости, противоположный исходному, б)образовывать с полупроводником сплав, температура плавление которого ниже температуры плавления полупроводника, в)содержащееся в сплаве доноры и акцепторы дол­жны обладать высоким коэффициентом распределения и высокой пре­дельной растворимостью, г)иметь коэффициент теплового расширения близкий к коэффициенту полупроводника, д)хорошо смачивать повер­хность полупроводника, е)быть стойким к травителям, применяемым для очистки поверхности полупроводника после вплавления.

Для германия n-типа металлы должны обладать акцепторными свойства­ми - это элементы III группы таблицы Менделеева. Из них наиболее подходящими являются индий или сплав индия с галлием.

При использовании германия р - типа для получения перехода электронного типа применяют элементы V группы_, обладающие наиболее выраженными донорными свойствами. Из элементов этой группы ни один не пригоден для непосредственного вплавления, так как они хрупки и имеют иной по сравнению с германием коэффициент линейного расширения.

Рис. 5.2. Образование пере­хода вплавлением индия в германий.

а — до вплавления; б — первый момент расплавления; в — образо­вание сплава InGe; г — после ох­лаждения. 1 — индий; 2 — герма­ний п-типа; 3 — сплав индий — германий; 4 — германий р-типа.

 

Для получения перехода в этом случае применяют сплавы на основе нейтральных металлов, т.е. элементов IV группы периодической таблицы Менделеева, главным образом олово и свинец, к которым добавляют сурьма. Мышьяк и фосфор из этой же группы обладают ядовитыми свойствами и  нежелательны в производстве. Но в тех случаях, когда желательно очень малое сопротивление электронной части их тоже применяют.

На рис. 5.2 показаны последова­тельные процессы сплавления. В пер­вый момент после подъема температу­ры происходит смачивание германия индием, затем начинается процесс растворения германия в индии и, наконец, после охлаждения обра­зуется слой германия дырочного типа.

Наиболее приемлемой является температура в 500—600° С.