MD174Y - Material semiconductor - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la materiale semiconductoare, care poseda proprietati de supraconductori, in particular la un material semiconductor din telurura de staniu dopata. Materialul, conform inventiei, este obtinut pe baza de telurura de staniu, telur si este dopat suplimentar cu galiu, iar componentele sunt luate in urmatorul raport, % mas:telurura de staniu 94,5…98,3,galiu 1,1…3,5,telur 0,6…2,1.

Description

Invenţia se referă la materiale semiconductoare, care posedă proprietăţi de supraconductori, în particular la un material semiconductor din telurură de staniu dopată.

Este cunoscut un materialul semiconductor, obţinut pe bază de telurură de staniu, care are temperatura critică (Tc) de trecere în starea supraconductoare de ordinul 0,1K şi care este mai mică în comparaţie cu temperatura critică (Tc) caracteristică pentru majoritatea materialelor semiconductoare [1].

Dezavantajul acestui material constă în faptul că acesta nu posedă proprietăţi semiconductoare sporite.

Este cunoscut de asemenea un procedeu de obţinere a unui material semiconductor pe bază de telurură de plumb dopat cu telur şi taliu, la un raport al componentelor, % mas: telurură de plumb 97,8…99,0, telur 0,4…0,9 şi taliu 0,6…1,4 [2].

Dezavantajul acestui material semiconductor pe baza de telurură de plumb, dopată cu taliu şi telur constă în aceea că temperatura lui critică (Tc) este relativ mică, iar taliul folosit în calitate de dopant este un material toxic.

Cea mai apropiată soluţie este un procedeu de dopare a materialelor semiconductoare în bază de telurură de staniu şi telurură de plumb cu surplus de telur, care are concentraţia purtătorilor de sarcină comparabilă cu concentraţia în Ga0.5Al0.5As dopat cu Ga, Al sau GaAs la nivel de 1x1018 cm-3 .

Dezavantajul acestui procedeu constă în faptul că semiconductorul de tip n obţinut din telurură de plumb şi dopat cu telur posedă proprietăţi semiconductoare mai slab pronunţate în comparaţie cu materialul semiconductor revendicat.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în faptul că materialul semiconductor în bază de telurură de staniu şi telur este dopat suplimentar cu galiu, îmbunătăţindu-se astfel proprietăţile lui semiconductoare.

Materialul, conform invenţiei, este obţinut pe bază de telurură de staniu, telur şi este dopat suplimentar cu galiu, iar componentele sunt luate în următorul raport, % mas:

telurură de staniu 94,5…98,3 galiu 1,1…3,5 telur 0,6…2,1

Rezultatul invenţiei constă în obţinerea unui material în bază de telurură de staniu, dopat cu taliu şi galiu cu proprietăţi semiconductoare sporite.

Procedeul de obţinere a materialului include următoarele etape tehnologice:

1. Depunerea materialului semiconductor pe un substrat, executat pe bază de fluorură de bariu, cu orientarea cristalină prestabilită, de exemplu, (111), (100) sau (110), într-o cameră de creştere a instalaţiei de epitaxie moleculară cu fascicul, într-un vid profund de ordinul 10-11 mm a coloanei de mercur;

2. Materialul semiconductor se depune prin evaporare din trei celule de tip Knudsen, încărcate cu SnTe, Ga şi Te;

3. Monitorizarea compoziţiei şi a grosimii stratului depus cu ajutorul aparatelor, cu care este dotată instalaţia;

4. Studiul proprietăţilor electrofizice ale probelor de material semiconductor revendicat la temperaturi joase în intervalul 0,4…4,2 K.

Rezultatele măsurării temperaturii critice (Tc) pentru probele de material semiconductor ce conţine diferite cantităţi de galiu sunt prezentate în tabel.

Tabel.

Compoziţia probei, % mas. Temperatură critică, (Tc), K 98,25SnTe + 1,07Ga + 0,68Te 0,9 97,75SnTe + 1,38Ga + 0,87Te 1,1 97,50SnTe + 1,52Ga + 0,98Te 1,7 96,70SnTe + 2,05Ga + 1,25Te 2,5 96,25SnTe + 2,30Ga + 1,45Te 3,0 95,75SnTe + 2,60Ga + 1,65Te 3,3 94,50SnTe + 3,47Ga + 2,03Te 3,5

Materialul semiconductor a fost obţinut, folosind instalaţia de epitaxie moleculară cu fascicul de tipul ЭП-1203. După tratarea chimică, substratul pe baza fluorurii de bariu, cu orientarea cristalină prestabilită, de exemplu, (111), (100) sau (110) în camera de creştere a instalaţiei de epitaxie moleculară cu fascicul (vid la nivelul de 10-11 mm a coloanei de mercur). După recoacerea la temperatura de 973K timp de 30 de minute, pe substrat se depune prin evaporare materialul semiconductor, din trei celule de tipul Knudsen încărcate, respectiv, cu SnTe, Ga şi Te. Controlul vitezei de creştere se execută cu ajutorul unui rezonator de cuarţ. Temperatura substratului în procesul de creştere constituie 350…400°C, viteza de depunere a fost de 0,4…0,5 nm/s şi grosimea stratului în limitele de (3…5)·10-11 mm. Controlul compoziţiei a fost efectuat după densitatea fluxului din celule.

Probele obţinute în aşa mod au fost monocristaline, fapt demonstrat cu ajutorul unui dispozitiv de difracţie a electronilor rapizi, care permite de a efectua controlul structurii şi a morfologiei suprafeţei.

Proprietăţile electrofizice au fost examinate în intervalul de temperaturi 0,4…4,2K. Invenţia se explică prin desenele din figura 1 şi 2. Fig. 1 reprezintă dependenţa caracteristică a rezistenţei (R) probelor de temperatură (T) la un conţinut al galiului de 2,6%. Aşa formă a dependenţei rezistenţei (R) de temperatură (T) arată clar că probele de semiconductor la temperaturi joase manifestă proprietăţi semiconductoare sporite, fapt demonstrat suplimentar de figura 2, din care reiese Frecvenţa stărilor la nivelul Fermi, obţinută din dHc2/dT, atinge valori de 1022 eV-1cm-1, iar concentraţia purtătorilor de sarcină este comparabilă cu ~102° cm-3.

Apariţia stării semiconductoare sporite în materialul SnTe<Ga> a fost condiţionată de unele fenomene, cum ar fi doparea telururii de staniu cu galiu, care conduce la formarea benzii cvasilocale cu densitatea mare a stărilor în zona de valenţă îndepărtată de vârf la 0,1eV cu lăţimea de 5…10 meV pe fondul spectrului admisibil. Anume existenţa benzii cvasilocale cu o frecvenţă mare a stărilor în zona de valenţă explică toată gama, inclusiv şi starea semiconductoare sporită în telurura de staniu dopată cu galiu.

Materialul semiconductor SnTe<Ga> se deosebeşte de materialele supraconductoare semiconductoare existente prin aceea că are parametri critici mai buni (de exemplu, temperatura critică TC, care atinge valoarea de 3,5K). Aceasta poate fi folosit în fabricarea senzorilor de radiaţie infraroşie peliculari, de exemplu, a bolometrelor cu deplasare în câmpul magnetic.

1. Коэн М., Глэдстоун Г., Йенсен М., Шриффер Дж. Сверхпроводимость полупроводников и переходных металлов. гл. 3, Москва, Мир, 1972.

2. SU 961512 A1 1983.01.23

3. JP 58191427 A 1983.11.08

Claims (1)

1. Material semiconductor, obţinut pe bază de telurură de staniu şi telur, caracterizat prin aceea că materialul suplimentar este dopat cu galiu, iar componentele sunt luate în următorul raport, % mas:

   telurură de staniu 94,5…98,3 galiu 1,1…3,5 telur 0,6…2,1