Img00181

185

Ze znanych pierwiastków jedynie german i krzem spełniają w mniejszym lub większym stopniu powyższe wymagania. Początkowo podstawowym materiałem na złącza p-n był german. Po opanowaniu technologii wytwarzania półprzewodników na bazie krzemu wypierają one, z uwagi na ich korzystniejsze parametry, coraz szybciej elementy półprzewodnikowe germanowe. Dzisiaj, powyżej 90% wytwarzanych w świecie elementów półprzewodnikowych wykorzystuje krzem.

Otrzymywanie materiałów wyjściowych

3.49.    Pierwotnym źródłem krzemu jest dwutlenek krzemu Si0₂, który wydobywa się z ziemi w postaci skały kwarcowej lub piasku kwarcowego. Z tego surowca otrzymuje się krzem kilkoma metodami. Najdawniejszy sposób to redukcja dwutlenku krzemu węglem w piecu ogrzewanym łukiem elektrycznym

Si0₂ + 2C — 2CO + Si    (3.49-1)

Inna metoda to otrzymywanie krzemu z reakcji egzotermicznej

3Si0₂ + 4AI -2^03 + 3Si    (3.49-2)

Metodami tymi uzyskuje się względnie tani tzw. krzem metalurgiczny, charakteryzujący się stosunkowo dużą ilością zanieczyszczeń (1...2%).

W celu otrzymania tzw. krzemu elektronicznego, tj. krzemu o czystości półprzewodnikowej należy poddać go wielu skomplikowanym procesom oczyszczania.

3.50.    German występuje w przyrodzie w bardzo dużym rozproszeniu. Zasadniczym źródłem otrzymywania germanu są niektóre rudy cynkowe zawierające do 1% siarczku germanu oraz niektóre węgle kamienne o zawartości do 1% germanu. Na skalę przemysłową german otrzymywany jest głównie z odpadów blendy cynkowej oraz pozostałości po spalaniu germanonośnych węgli. Przez działanie na nie kwasem solnym otrzymuje się czterochlorek germanu GeCl₄, z którego, po odpowiedniej obróbce chemicznej, uzyskuje się Ge0₂. Po redukcji wodorem w temperaturze 600...650°C w piecu elektrycznym otrzymuje się german metaliczny w postaci proszku, a po przetopieniu — w postaci prętów lub sztabek o czystości 99,999%.

Oczyszczanie materiałów

3.51.    Parametry elementów półprzewodnikowych są niezwykle czułe na czystość materiałów użytych do ich wyrobu. Stąd bardzo wysokie wymagania odnośnie zawartości zanieczyszczeń, jak również skutecznej i bardzo precyzyjnej kontroli zawartości materiałów domieszkowych. Szczególnie wysoka czystość wymagana jest dla krzemu na diody, tranzystory, obwody scalone i detektory promieniowania jonizującego, gdzie zanieczyszczenia nie powinny przekraczać 10"³...10"⁵ppm. Oznacza to, że na 10⁹...10ⁿ atomów siatki krystalicznej powinien przypadać najwyżej 1 atom zanieczyszczeń.