Ugrás a tartalomhoz

Ipari technológiák

Dr. Német Béla (2013)

Pécsi Tudományegyetem

11. fejezet - Számítástechnikai és infokommunikációs eszközök technológiái.

11. fejezet - Számítástechnikai és infokommunikációs eszközök technológiái.

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.

Félvezető. Félvezetők csoportosítása, típusai.

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