ПОЛУПРОВОДНИКО́ВЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ

ПОЛУПРОВОДНИКО́ВЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ, ве­ще­ст­ва с чёт­ко вы­ра­жен­ны­ми свой­ст­ва­ми по­лу­про­вод­ни­ков в ши­ро­ком ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур, вклю­чая ком­нат­ную (≈300 К), яв­ляю­щие­ся ос­но­вой для соз­да­ния по­лу­про­вод­ни­ко­вых при­бо­ров. Удель­ная элек­трич. про­во­ди­мость П. м. при 300 К со­став­ля­ет 10⁴– 10^–10 Ом^–1·см^–1 и уве­ли­чи­ва­ет­ся с рос­том темп-ры. Для П. м. ха­рак­тер­на вы­со­кая чув­ст­ви­тель­ность элек­тро­фи­зич. свойств к внеш­ним воз­дей­ст­ви­ям (на­грев, об­лу­че­ние, де­фор­ма­ции и т. п.), а так­же к со­дер­жа­нию при­ме­сей и струк­тур­ных де­фек­тов.

Классификация полупроводниковых материалов

Все П. м. по струк­ту­ре де­лят­ся на кри­стал­ли­че­ские, твёр­дые аморф­ные и жид­кие. Наи­боль­шее прак­тич. при­ме­не­ние на­хо­дят не­ор­га­нич. кри­стал­лич. П. м., ко­то­рые по хи­мич. со­ста­ву раз­де­ля­ют­ся на сле­дую­щие осн. груп­пы. Эле­мен­тар­ные ПП: Ge, Si, уг­ле­род (ал­маз и гра­фит), В, α-Sn (се­рое оло­во), Те, Se. Важ­ней­шие пред­ста­ви­те­ли этой груп­пы – Ge и Si – име­ют кри­стал­лич. ре­шёт­ку ти­па ал­ма­за. Яв­ля­ют­ся не­пря­мо­зон­ны­ми по­лу­про­вод­ни­ка­ми; об­ра­зу­ют ме­ж­ду со­бой не­пре­рыв­ный ряд твёр­дых рас­тво­ров, так­же об­ла­даю­щих ПП свой­ст­ва­ми.

Со­еди­не­ния ти­па A^IIIB^V эле­мен­тов III и V групп ко­рот­кой фор­мы пе­рио­дич. сис­те­мы. Име­ют в осн. кри­стал­лич. струк­ту­ру ти­па сфа­ле­ри­та. Связь ато­мов в кри­стал­лич. ре­шёт­ке но­сит пре­им. ко­ва­лент­ный ха­рак­тер с не­ко­то­рой до­лей (до 15%) ион­ной со­став­ляю­щей. Пла­вят­ся кон­гру­энт­но (без из­ме­не­ния со­ста­ва). Об­ла­да­ют дос­та­точ­но уз­кой об­ла­стью го­мо­ген­но­сти, т. е. ин­тер­ва­лом со­ста­вов, в ко­то­ром в за­ви­си­мо­сти от па­ра­мет­ров со­стоя­ния (темп-ры, дав­ле­ния и др.) пре­иму­ществ. тип де­фек­тов мо­жет ме­нять­ся, а это при­во­дит к из­ме­не­нию ти­па про­во­ди­мо­сти (n, р) и за­ви­си­мо­сти удель­ной элек­трич. про­во­ди­мо­сти от со­ста­ва. Осн. пред­ста­ви­те­ли этой груп­пы – GaAs, InP, InAs, InSb, яв­ляю­щие­ся пря­мо­зон­ны­ми по­лу­про­вод­ни­ка­ми, и GaP – не­пря­мо­зон­ный по­лу­про­вод­ник. Мно­гие П. м. ти­па А^IIIВ^V об­ра­зу­ют ме­ж­ду со­бой не­пре­рыв­ный ряд твёр­дых рас­тво­ров – трой­ных и бо­лее слож­ных (Ga_xAl_1-xAs, GaAs_xP_1-x, Ga_xIn_1-xP, Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y и т. п.), так­же яв­ляю­щих­ся важ­ны­ми ПП ма­те­риа­ла­ми.

Со­еди­не­ния эле­мен­тов VI груп­пы (О, S, Se, Те) с эле­мен­та­ми I–V групп пе­рио­дич. сис­те­мы, а так­же с пе­ре­ход­ны­ми ме­тал­ла­ми и РЗЭ. Наи­боль­ший ин­те­рес пред­став­ля­ют со­еди­не­ния ти­па A^IIB^VI с кри­стал­лич. струк­ту­рой ти­па сфа­ле­ри­та или вюр­ци­та, ре­же ти­па NaCl. Связь ме­ж­ду ато­ма­ми в ре­шёт­ке но­сит ко­ва­лент­но-ион­ный ха­рак­тер (до­ля ион­ной со­став­ляю­щей дос­ти­га­ет 45–60%). Име­ют бо́ль­шую, чем П. м. ти­па A^IIIB^V, про­тя­жён­ность об­лас­ти го­мо­ген­но­сти. Для со­еди­не­ний ти­па A^IIB^VI ха­рак­терны по­ли­мор­физм и на­ли­чие по­ли­ти­пов ку­бич. и гек­са­го­наль­ной мо­ди­фи­ка­ций. Яв­ля­ют­ся в осн. пря­мо­зон­ны­ми по­лу­про­вод­ни­ка­ми. Важ­ней­шие пред­ста­ви­те­ли этой груп­пы П. м. – CdTe, CdS, ZnTe, ZnSe, ZnO и ZnS. Мн. со­еди­не­ния ти­па A^IIB^VI об­ра­зу­ют ме­ж­ду со­бой не­пре­рыв­ный ряд твёр­дых рас­тво­ров (напр., Cd_xHg_1-xTe, Cd_xHg_1-xSe, CdTe_xSe_1-x). Фи­зич. свой­ст­ва со­еди­не­ний ти­па A^IIB^VI в зна­чит. ме­ре оп­ре­де­ля­ют­ся со­дер­жа­ни­ем собств. то­чеч­ных де­фек­тов струк­ту­ры, имею­щих низ­кую энер­гию ио­ни­за­ции и про­яв­ляю­щих вы­со­кую элек­трич. ак­тив­ность.

Важ­ное прак­тич. зна­че­ние име­ют и со­еди­не­ния ти­па A^IVB^VI с кри­стал­лич. струк­ту­рой ти­па NaCl или ор­то­ром­би­че­ской и ко­ва­лент­но-ион­ным ти­пом хи­мич. свя­зи. Это пре­им. пря­мо­зон­ные по­лу­про­вод­ни­ки PbS, PbSe, PbTe, SnTe; сре­ди твёр­дых рас­тво­ров наи­бо­лее из­вест­ны Pb_xSn_1–xTe, Pb_xSn_1–xSe. Пред­став­ля­ют ин­те­рес со­еди­не­ния ти­па А₂^IIIB₃^VI, мно­гие из ко­то­рых име­ют кри­стал­лич. струк­ту­ру ти­па сфа­ле­ри­та с ¹/₃ не­за­пол­нен­ных ка­ти­он­ных уз­лов (ти­пич­ные пред­ста­ви­те­ли: Ga₂Se₃, Ga₂Te₃, In₂Te₃). Сре­ди соеди­не­ний эле­мен­тов VI груп­пы с пе­ре­ход­ны­ми ме­тал­ла­ми и РЗЭ мно­го ту­го­плав­ких П. м., имею­щих ион­ный ха­рак­тер свя­зи и об­ла­даю­щих фер­ро­маг­нит­ны­ми или ан­ти­фер­ро­маг­нит­ны­ми свой­ст­ва­ми.

Трой­ные со­еди­не­ния ти­па A^IIB^IVC₂^V. Кри­стал­ли­зу­ют­ся в осн. в ре­шёт­ке халь­ко­пи­ри­та. Об­на­ру­жи­ва­ют маг­нит­ное и элек­трич. упо­ря­до­че­ние. Об­ра­зу­ют ме­ж­ду со­бой твёр­дые рас­тво­ры. Во мно­гом яв­ля­ют­ся элек­трон­ны­ми ана­ло­га­ми со­еди­не­ний ти­па А^IIIВ^V. К этой груп­пе от­но­сят­ся CdSnAs₂, CdGeAs₂, ZnSnAs₂ и др.

Кар­бид крем­ния SiC – един­ст­вен­ное хи­мич. со­еди­не­ние, об­ра­зуе­мое эле­мен­та­ми IV груп­пы. Об­ла­да­ет ПП свой­ст­ва­ми во всех струк­тур­ных мо­ди­фи­каци­ях: β-SiC (струк­ту­ра сфа­ле­ри­та); α -SiC (гек­са­го­наль­ная струк­ту­ра), имею­щая ок. 15 раз­но­вид­но­стей. Один из наи­бо­лее ту­го­плав­ких и ши­ро­ко­зон­ных сре­ди ши­ро­ко ис­поль­зуе­мых по­лу­про­вод­ни­ко­вых ма­те­риа­лов.

Не­кри­стал­ли­че­ские П. м. Ти­пич­ны­ми пред­ста­ви­те­ля­ми этой груп­пы яв­ля­ют­ся стек­ло­об­раз­ные П. м. – халь­ко­ге­нид­ные и ок­сид­ные. К пер­вым от­но­сят­ся спла­вы Tl, P, As, Sb, Bi с S, Se, Те (напр., As₂Se₃–As₂Te₃, Tl₂Se–As₂Se₃), ха­рак­те­ри­зую­щие­ся ши­ро­ким диа­па­зо­ном зна­че­ний удель­ной элек­трич. про­во­ди­мо­сти, низ­ки­ми темп-ра­ми раз­мяг­че­ния, ус­той­чи­во­стью к ки­сло­там и ще­ло­чам. Ок­сид­ные стек­ло­об­раз­ные П. м. име­ют со­став ти­па V₂O₅–P₂O₅–RO_x (R – ме­талл I–IV групп); удель­ная элек­трич. про­во­ди­мость 10^–4–10^–5 Ом^–1·см^–1. Все стек­ло­об­раз­ные П. м. об­ла­да­ют элек­трон­ной про­во­ди­мо­стью, об­на­ру­жи­ва­ют фо­то­про­во­ди­мость и тер­мо­эдс. При мед­лен­ном ох­ла­ж­де­нии обыч­но пре­вра­ща­ют­ся в кри­стал­лич. П. м. Др. важ­ный класс не­кри­стал­лич. П. м. – твёр­дые рас­тво­ры ря­да аморф­ных по­лу­про­вод­ни­ков с во­до­ро­дом, т. н. гид­ри­ро­ван­ные не­кри­стал­лич. П. м.: α-Si:H, α-Si_1-xC_x:H, α -Si_1-xGe_x:H, α -Si_1-xN_x:H, α -Si_1-xSn_x:H. Во­до­род в этих ма­те­риа­лах об­ла­да­ет вы­со­кой рас­тво­ри­мо­стью и за­мы­ка­ет на се­бе зна­чит. ко­ли­че­ст­во «бол­таю­щих­ся» свя­зей, ха­рак­тер­ных для аморф­ных по­лу­про­вод­ни­ков. В ре­зуль­та­те рез­ко сни­жа­ет­ся плот­ность энер­ге­тич. со­стоя­ний в за­пре­щён­ной зо­не и воз­ни­ка­ет воз­мож­ность соз­да­ния р–n-пе­ре­хо­дов. П. м. яв­ля­ют­ся так­же фер­ри­ты, сег­не­то­элек­три­ки и пье­зо­элек­три­ки.

Один из фун­дам. па­ра­мет­ров П. м. – ши­ри­на за­пре­щён­ной зо­ны ΔE_g. Чем боль­ше ΔE_g, тем вы­ше до­пус­ти­мая ра­бо­чая темп-ра и тем силь­нее сдви­нут в ко­рот­ко­вол­но­вую об­ласть спек­тра ра­бо­чий диа­па­зон при­бо­ров, соз­да­вае­мых на ос­но­ве со­от­вет­ст­вую­щих П. м. Напр., макс. ра­бо­чая темп-ра гер­ма­ние­вых при­бо­ров не пре­вы­ша­ет 50–60 °C, у крем­ние­вых при­бо­ров она воз­рас­та­ет до 150–170 °C, а у при­бо­ров на ос­но­ве GaAs дос­ти­га­ет 250–300 °C; длин­но­вол­но­вая гра­ни­ца собств. фо­то­про­во­ди­мо­сти со­став­ля­ет: для InSb – 5,4 мкм (77 К), InAs – 3,2 мкм (195 К), Ge – 1,8 мкм (300 К), Si – 1,1 мкм (300 К), GaAs – 0,92 мкм (300 К). Ве­ли­чи­на ΔE_g хо­ро­шо кор­ре­ли­ру­ет с темп-рой плав­ле­ния. Обе эти ве­ли­чи­ны воз­рас­та­ют с рос­том энер­гии свя­зи ато­мов в кри­стал­лич. ре­шёт­ке, по­это­му для ши­ро­ко­зон­ных П. м. ха­рак­тер­ны вы­со­кие темп-ры плав­ле­ния, что соз­да­ёт боль­шие труд­но­сти на пу­ти соз­да­ния чис­тых и струк­тур­но со­вер­шен­ных мо­но­кри­стал­лов та­ких П. м. Под­виж­ность но­си­те­лей за­ря­да μ в зна­чит. ме­ре оп­ре­де­ля­ет час­тот­ные ха­рак­те­ри­сти­ки ПП при­бо­ров. Для соз­да­ния при­бо­ров СВЧ-диа­па­зо­на не­об­хо­ди­мы П. м., имею­щие вы­со­кие зна­че­ния­ми μ. Ана­ло­гич­ное тре­бо­ва­ние предъ­яв­ля­ет­ся и к П. м., ис­поль­зуе­мым для из­го­тов­ле­ния фо­то­при­ём­ни­ков. Темп-ра плав­ле­ния и пе­ри­од кри­стал­лич. ре­шёт­ки, а так­же ко­эф. ли­ней­но­го тер­мич. рас­ши­ре­ния иг­ра­ют пер­во­сте­пен­ную роль при кон­ст­руи­ро­ва­нии ге­те­ро­эпи­так­си­аль­ных ком­по­зи­ций. Для соз­да­ния со­вер­шен­ных ге­те­ро­ст­рук­тур же­ла­тель­но ис­поль­зо­вать П. м., об­ла­даю­щие оди­на­ко­вым ти­пом кри­стал­лич. ре­шёт­ки и ми­ним. раз­ли­чия­ми в ве­ли­чи­нах её пе­рио­да и ко­эф. тер­мич. рас­ши­ре­ния. Плот­ность П. м. оп­ре­де­ля­ет та­кие важ­ные тех­нич. ха­рак­те­ри­сти­ки, как удель­ный рас­ход ма­те­риа­ла, мас­са при­бо­ра.

Получение

Не­об­хо­ди­мым ус­ло­ви­ем дос­ти­же­ния вы­со­ких элек­тро­фи­зич. ха­рак­те­ри­стик П. м. яв­ля­ет­ся их глу­бо­кая очи­ст­ка от по­сто­рон­них при­ме­сей. В слу­чае Ge и Si эта про­бле­ма ре­ша­ет­ся пу­тём син­те­за их ле­ту­чих со­еди­не­ний (хло­ри­дов, гид­ри­дов) и по­сле­дую­щей глу­бо­кой очи­ст­ки этих со­еди­не­ний с при­ме­не­ни­ем ме­то­дов рек­ти­фи­ка­ции, сорб­ции, час­тич­но­го гид­ро­ли­за и спец. тер­мич. об­ра­бо­ток. Хло­ри­ды осо­бой чис­то­ты под­вер­га­ют за­тем вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­но­му вос­ста­нов­ле­нию во­до­ро­дом, про­шед­шим пред­ва­рит. глу­бо­кую очи­ст­ку, с оса­ж­де­ни­ем вос­ста­нов­лен­ных про­дук­тов на крем­ние­вых или гер­ма­ние­вых прут­ках. Из очи­щен­ных гид­ри­дов Ge и Si вы­де­ля­ют пу­тём тер­мич. раз­ло­же­ния. В ре­зуль­та­те по­лу­ча­ют Ge и Si с сум­мар­ным со­дер­жа­ни­ем ос­та­точ­ных элек­три­че­ски ак­тив­ных при­ме­сей на уров­не 10^–7– 10^–9%. По­лу­че­ние осо­бо чис­тых ПП со­еди­не­ний осу­ще­ст­в­ля­ют син­те­зом из эле­мен­тов, про­шед­ших глу­бо­кую очи­ст­ку. Сум­мар­ное со­дер­жа­ние ос­та­точ­ных при­ме­сей в ис­ход­ных ма­те­риа­лах не пре­выша­ет обыч­но 10^–4–10^–5%. Син­тез раз­ла­гаю­щих­ся со­еди­не­ний про­во­дят ли­бо в за­па­ян­ных квар­це­вых ам­пу­лах при кон­тро­ли­руе­мом дав­ле­нии па­ров ле­ту­че­го ком­по­нен­та в ра­бо­чем объ­ё­ме, ли­бо под сло­ем жид­ко­го флю­са (напр., осо­бо чис­то­го обез­во­жен­но­го В₂О₃). Син­тез со­еди­не­ний, имею­щих боль­шое дав­ле­ние па­ров ле­ту­че­го ком­по­нен­та над рас­пла­вом, осу­ще­ст­в­ля­ют в ка­ме­рах вы­со­ко­го дав­ле­ния. Час­то про­цесс син­те­за со­вме­ща­ют с по­сле­дую­щей до­пол­нит. очи­ст­кой со­еди­не­ний пу­тём на­прав­лен­ной или зон­ной кри­стал­ли­за­ции рас­пла­ва.

Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный спо­соб по­лу­че­ния мо­но­кри­стал­лов П. м. – вы­тя­ги­ва­ние из рас­пла­ва по ме­то­ду Чох­раль­ско­го. Этим ме­то­дом по­лу­ча­ют мо­но­кри­стал­лы Ge, Si, со­еди­не­ния A^IIIB^V, A^IIB^VI, A^IVB^VI и др. Вы­тя­ги­ва­ние мо­но­кри­стал­лов не­раз­ла­гаю­щих­ся П. м. про­во­дят в ат­мо­сфе­ре Н₂, инерт­ных га­зов или в ус­ло­ви­ях глу­бо­ко­го ва­куу­ма. При вы­ра­щи­ва­нии мо­но­кри­стал­лов раз­ла­гаю­щих­ся со­еди­не­ний (InAs, GaAs, InP, GaP, CdTe, PbTe и др.) рас­плав гер­ме­ти­зи­ру­ют сло­ем жид­ко­го флю­са (В₂О₃) и вы­тя­ги­ва­ют мо­но­кри­стал­лы, по­гру­жая за­трав­ку в рас­плав че­рез флюс и под­дер­жи­вая в ра­бо­чем объ­ё­ме над рас­пла­вом оп­ре­де­лён­ное дав­ле­ние инерт­но­го га­за.

Для вы­ра­щи­ва­ния ПП мо­но­кри­стал­лов при­ме­ня­ют так­же ме­то­ды на­прав­лен­ной и зон­ной кри­стал­ли­за­ции рас­пла­ва в кон­тей­не­ре. В тех­но­ло­гии по­лу­че­ния мо­но­кри­стал­лов Si, имею­ще­го срав­ни­тель­но не­вы­со­кую плот­ность и дос­та­точ­но боль­шое по­верх­но­ст­ное на­тя­же­ние рас­пла­ва, обыч­но ис­поль­зу­ют ме­тод бес­ти­гель­ной зон­ной плав­ки. Бла­го­да­ря от­сут­ст­вию кон­так­та рас­пла­ва со стен­ка­ми кон­тей­не­ра этот ме­тод по­зво­ля­ет по­лу­чать наи­бо­лее чис­тые мо­но­кри­стал­лы. Обыч­но про­цесс вы­ра­щи­ва­ния мо­но­кри­стал­лов со­вме­ща­ют с пред­ва­рит. до­пол­нит. очи­ст­кой П. м. зон­ной плав­кой.

Для по­лу­че­ния мо­но­кри­стал­лов ря­да ту­го­плав­ких раз­ла­гаю­щих­ся ПП со­еди­не­ний (напр., CdS, ZnS, SiC, AlN) при­ме­ня­ют кри­стал­ли­за­цию из га­зо­вой фа­зы (ме­то­ды суб­ли­ма­ции и хи­мич. транс­порт­ных ре­ак­ций). В слу­чае ес­ли при вы­ра­щи­ва­нии мо­но­кри­стал­лов не уда­ёт­ся по­лу­чить со­еди­не­ния тре­буе­мо­го сте­хио­мет­рич. со­ста­ва, кри­стал­лы раз­ре­за­ют на пла­сти­ны, ко­то­рые под­вер­га­ют до­пол­нит. от­жи­гу в па­рах не­дос­таю­ще­го ком­по­нен­та. Наи­бо­лее час­то этот при­ём ис­поль­зу­ют в тех­но­ло­гии по­лу­че­ния мо­но­кри­стал­лов уз­ко­зон­ных со­еди­не­ний A II B VI и A IV B VI , где собств. то­чеч­ные де­фек­ты силь­но влия­ют на кон­цен­тра­цию и под­виж­ность но­си­те­лей (PbTe, Pb_xSn_1-xTe, Cd_xHg_1-xTe и др.). При этом уда­ёт­ся сни­зить кон­цен­тра­цию но­си­те­лей за­ря­да в кри­стал­лах на неск. по­ряд­ков. Про­фи­ли­ров. мо­но­кри­стал­лы П. м. (лен­ты, прут­ки, тру­бы и т. п.) вы­ра­щи­ва­ют с ис­поль­зо­ва­ни­ем спец. фор­мо­об­ра­зо­ва­те­ля (ме­тод Сте­па­но­ва).

Ши­ро­ко рас­про­стра­не­но по­лу­че­ние П. м. в ви­де мо­но­кри­стал­лич. плё­нок на разл. ро­да мо­но­кри­стал­лич. под­лож­ках. Та­кие плён­ки на­зы­ва­ют­ся эпи­так­си­аль­ны­ми, а про­цес­сы их по­лу­че­ния – эпи­так­си­аль­ным на­ра­щи­ва­ни­ем (см. Эпи­так­сия). Воз­мож­но­сти по­лу­че­ния тон­ких и сверх­тон­ких од­но­слой­ных и мно­го­слой­ных струк­тур раз­но­об­раз­ной гео­мет­рич. фор­мы с ши­ро­кой ва­риа­ци­ей со­ста­ва и элек­тро­фи­зич. свойств по тол­щи­не и по­верх­но­сти на­ра­щи­вае­мо­го слоя, с рез­ки­ми гра­ни­ца­ми р–n-пе­ре­хо­дов и ге­те­ро­пе­ре­хо­дов обу­слов­ли­ва­ют ши­ро­кое ис­поль­зо­ва­ние ме­то­дов эпи­так­си­аль­но­го на­ра­щи­ва­ния в мик­ро­элек­тро­ни­ке и ин­те­граль­ной оп­ти­ке, а так­же для соз­да­ния оп­то­элек­трон­ных и др. при­бо­ров.

Для соз­да­ния эпи­так­си­аль­ных струк­тур П. м. ис­поль­зу­ют ме­то­ды жид­ко­ст­ной, га­зо­фаз­ной и мо­ле­ку­ляр­но-пуч­ковой эпи­так­сии. Ме­то­дом жид­ко­ст­ной эпи­так­сии по­лу­ча­ют го­мо- и ге­те­ро­эпи­так­си­аль­ные струк­ту­ры на ос­но­ве со­еди­не­ний A^IIIB^V, A^IIB^VI, A^IVB^VI и их твёрдых рас­тво­ров. В ка­че­ст­ве рас­тво­ри­те­ля обыч­но ис­поль­зу­ют рас­плав не­ле­ту­че­го ком­по­нен­та со­от­вет­ст­вую­ще­го со­еди­не­ния. Этим ме­то­дом мож­но вос­про­из­во­ди­мо по­лу­чать мно­го­слой­ные струк­ту­ры с тол­щи­ной отд. сло­ёв до ≈0,1 мкм при тол­щи­не пе­ре­ход­ных сло­ёв на ге­те­ро­гра­ни­цах по­ряд­ка де­сят­ков нм.

Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ны­ми ме­то­да­ми га­зо­фаз­ной эпи­так­сии яв­ля­ют­ся: хло­рид­ная, хло­рид­но-гид­рид­ная и эпи­так­сия с при­ме­не­ни­ем ме­тал­ло­ор­га­нич. со­еди­не­ний. При хло­рид­ной эпи­так­сии в ка­че­ст­ве ис­ход­ных ма­те­риа­лов ис­поль­зу­ют ле­ту­чие хло­ри­ды эле­мен­тов, вхо­дя­щих в со­став П. м., при хло­рид­но-гид­рид­ной – ле­ту­чие хло­ри­ды и гид­ри­ды со­от­вет­ст­вую­щих эле­мен­тов, а при эпи­так­сии с при­ме­не­ни­ем ле­ту­чих ме­тал­ло­ор­га­нич. со­еди­не­ний – так­же ле­ту­чие гид­ри­ды. Про­цес­сы осу­ще­ст­в­ля­ют в ре­ак­то­рах про­точ­но­го ти­па, транс­пор­ти­рую­щим га­зом слу­жит во­до­род. Все ис­ход­ные ма­те­риа­лы и во­до­род под­вер­гают­ся пред­ва­рит. глу­бо­кой очи­ст­ке. Ши­ро­кое при­ме­не­ние на­хо­дит эпи­так­си­аль­ное на­ра­щи­ва­ние плё­нок с ис­поль­зо­ва­ни­ем ме­тал­ло­ор­га­нич. со­еди­не­ний. От­сут­ст­вие в га­зо­вой фа­зе хлор­со­дер­жа­щих ком­по­нен­тов, хи­ми­че­ски взаи­мо­дей­ст­вую­щих с под­лож­кой, низ­кие ра­бо­чие темп-ры, лёг­кость ре­гу­ли­ро­ва­ния тол­щи­ны и со­ста­ва эпи­так­си­аль­ных сло­ёв обес­пе­чи­ва­ют это­му ме­то­ду боль­шие пре­иму­ще­ст­ва при вы­ра­щи­ва­нии мно­го­слой­ных куль­тур с тон­ки­ми, од­но­род­ны­ми по тол­щи­не слоя­ми и рез­ки­ми гра­ни­ца­ми раз­де­ла. Ме­тод по­зво­ля­ет вос­про­из­во­ди­мо соз­да­вать слои тол­щи­ной ме­нее 10 нм при ши­ри­не пе­ре­ход­ной об­лас­ти ме­нее 1–5 нм, ис­поль­зу­ет­ся для вы­ра­щи­ва­ния эпи­так­си­аль­ных струк­тур со­еди­нений ти­па А^IIIВ^V, А^IIВ^VI, A^IVB^VI и твёр­дых рас­тво­ров на их ос­но­ве.

Боль­шое вни­ма­ние уде­ля­ет­ся ме­то­ду мо­ле­ку­ляр­но-пуч­ко­вой эпи­так­сии. Про­цесс про­во­дят в ус­ло­ви­ях глу­бо­ко­го ва­куу­ма (10^–10–10^–12 ммрт.ст.) при ис­поль­зо­ва­нии мо­ле­ку­ляр­ных пуч­ков со­от­вет­ст­вую­щих эле­мен­тов. При­ме­не­ние осо­бо чис­тых ис­ход­ных ве­ществ, соз­да­ние мно­го­ка­мер­ных ус­та­но­вок с ох­ла­ж­дае­мы­ми до низ­ких температур и вра­щаю­щи­ми­ся дер­жа­те­ля­ми под­ло­жек по­зво­ля­ют рез­ко по­вы­сить чис­то­ту вы­ра­щи­вае­мых сло­ёв и их од­но­род­ность. Этот ме­тод ис­поль­зу­ет­ся для по­лу­че­ния мно­го­слой­ных эпи­так­си­аль­ных струк­тур со сверх­тон­ки­ми слоя­ми и наи­мень­ши­ми тол­щи­на­ми пе­ре­ход­ных сло­ёв, в т. ч. для вы­ра­щи­ва­ния эпи­так­си­аль­ных ком­по­зи­ций Si, со­еди­не­ний ти­па A^IIIB^V, A^IIB^VI, A^IVB^VI и твёр­дых рас­тво­ров на их ос­но­ве.

При­ме­не­ние низ­ко­тем­пе­ра­тур­ных ме­то­дов эпи­так­сии ре­ша­ет не толь­ко про­бле­му соз­да­ния ге­те­ро­пе­ре­хо­дов с рез­ки­ми гра­ни­ца­ми раз­де­ла и p–n-пе­ре­хо­дов, но и спо­соб­ст­ву­ет со­вер­шен­ст­во­ва­нию соз­да­вае­мых эпи­так­си­аль­ных ком­по­зи­ций. Про­гресс в раз­ви­тии низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной мо­ле­ку­ляр­но-пуч­ко­вой эпи­так­сии и эпи­так­сии с при­ме­не­ни­ем ме­тал­ло­ор­га­нич. со­еди­не­ний по­зво­лил по­лу­чить вы­со­ко­ка­че­ст­вен­ные ге­те­ро­ст­рук­ту­ры ря­да со­еди­не­ний ти­па A^IIIB^V на крем­ние­вых под­лож­ках (GaAs/Si, GaAs–GaAlAs/Si, InP/Si, GaP/Si). Это от­кры­ва­ет но­вые воз­мож­но­сти на пу­ти ин­те­гра­ции элек­трон­ных уст­ройств и по­вы­ше­ния их бы­ст­ро­дей­ст­вия. По­лу­че­ние од­но­род­ных по тол­щи­не с за­дан­ным рас­пре­де­ле­ни­ем со­ста­ва и элек­трич. свойств эпи­так­си­аль­ных сло­ёв с рез­ки­ми p–n-пе­ре­хо­да­ми и ге­те­ро­гра­ни­ца­ми сде­ла­ло ре­аль­ным соз­да­ние мно­го­слой­ных ком­по­зи­ций со сверх­тон­ки­ми слоя­ми, ко­то­рые пред­став­ля­ют со­бой но­вый тип П. м. Тол­щи­на отд. сло­ёв мо­жет быть до­ве­де­на до ве­ли­чин, мень­ших дли­ны сво­бод­но­го про­бе­га элек­тро­нов, что по­зво­ля­ет «кон­ст­руи­ро­вать» зон­ную струк­ту­ру по­лу­про­вод­ни­ка. По су­ще­ст­ву речь идёт о но­вом на­прав­ле­нии в тех­ни­ке вы­ра­щи­ва­ния мо­но­кри­стал­лов – кри­стал­ло­ин­же­не­рии, в ча­ст­но­сти о соз­да­нии пе­рио­дич. струк­тур с ульт­ра­тон­ки­ми слоя­ми – сверх­ре­шё­ток, фи­зич. свой­ст­ва ко­то­рых оп­ре­де­ля­ют­ся кван­то­вы­ми раз­мер­ны­ми эф­фек­та­ми.

О ле­ги­ро­ва­нии П. м. см. Ле­ги­ро­ва­ние по­лу­про­вод­ни­ков.

Применение

Од­ной из глав­ных об­лас­тей при­ме­не­ния П. м. яв­ля­ет­ся мик­ро­элек­тро­ни­ка. П. м. со­став­ля­ют ос­но­ву совр. ин­те­граль­ных схем, ко­то­рые вы­пол­ня­ют гл. обр. на ос­но­ве Si. Даль­ней­ший про­гресс в по­вы­ше­нии бы­ст­ро­дей­ст­вия и сни­же­нии по­треб­ляе­мой мощ­но­сти свя­зан с соз­да­ни­ем ин­те­граль­ных схем на ос­но­ве GaAs, InP и их твёр­дых рас­тво­ров с др. со­еди­не­ния­ми ти­па А^IIIВ^V. П.м. ши­ро­ко ис­поль­зу­ют для из­го­тов­ле­ния си­ло­вых элек­трон­ных при­бо­ров (вен­ти­ли, мощ­ные тран­зи­сто­ры, ти­ри­сто­ры). Здесь так­же осн. ма­те­риа­лом яв­ля­ет­ся Si, а даль­ней­шее про­дви­же­ние в об­ласть бо­лее вы­со­ких ра­бо­чих темп-р свя­за­но с при­ме­не­ни­ем GaAs, SiC и др. ши­ро­козон­ных П. м. По­сто­ян­но рас­ши­ря­ет­ся сфе­ра при­ме­не­ния П. м. в сол­неч­ной энер­ге­ти­ке. Осн. П. м. для из­го­тов­ле­ния сол­неч­ных ба­та­рей яв­ля­ют­ся Si, GaAs, ге­те­ро­ст­рук­ту­ры Ga_xAl_1–xAs/GaAs, Cu₂S/CdS, α-Si:H, ге­те­ро­ст­рук­ту­ры α-Si:H/α-Si_xC_1–x:H. С ис­поль­зо­ва­ни­ем в сол­неч­ных ба­та­ре­ях не­кри­стал­лич. гид­ри­ро­ван­ных П. м. свя­за­ны пер­спек­ти­вы рез­ко­го сни­же­ния стои­мо­сти сол­неч­ных ба­та­рей. П. м. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся для соз­да­ния ПП ла­зе­ров и све­тодио­дов. Ла­зе­ры вы­пол­ня­ют на ос­но­ве ря­да пря­мо­зон­ных со­еди­не­ний типа А^IIIB^V, A^IIB^IV, A^IVB^VI и др. Важ­ней­шие ма­те­риа­лы для из­го­тов­ле­ния ла­зе­ров – ге­те­ро­ст­рук­ту­ры: Ga_xAl_1–xAs/GaAs, Ga_xIn_1–xAs_yP_1–y/InP, Ga_xIn_1–xAs/InP, Ga_xIn_1–xAs_yP_1–y/GaAs_1–xP_x. Для из­го­тов­ле­ния све­то­дио­дов ис­поль­зу­ют GaAs, GaP, GaAs_1–xP_x, Ga_xIn_1–xAs, Ga_xAl_1–xAs, GaN и др. П. м. со­став­ля­ют ос­но­ву совр. при­ём­ни­ков оп­тич. из­лу­че­ния (фо­то­при­ём­ни­ков). Фо­то­при­ём­ни­ки, пред­на­зна­чен­ные для ра­бо­ты в ши­ро­ком спек­траль­ном диа­па­зо­не, из­го­тов­ля­ют на ос­но­ве Ge, Si, GaAs, GaP, InSb, InAs, Ga_xAl_1–xAs, Ga_xIn_1–xAs, Ga_xIn_1–xAs_yP_1–y, Cd_xHg_1–xТе, Pb_xSn_1–xTe и др. ПП ла­зе­ры и фо­то­при­ём­ни­ки – важ­ней­шие со­став­ляю­щие эле­мент­ной ба­зы во­ло­кон­но-оп­тич. ли­ний свя­зи. П. м. ис­поль­зу­ют­ся так­же для со­зда­ния разл. СВЧ-при­бо­ров (напр., би­по­ляр­ные и по­ле­вые СВЧ-тран­зи­сто­ры, ла­вин­но-про­лёт­ные дио­ды, Ган­на дио­ды), де­тек­то­ров ио­ни­зи­рую­щих из­лу­че­ний, а так­же тен­зо­датчи­ков, вы­со­ко­чув­ст­вит. тер­мо­мет­ров, дат­чи­ков маг­нит­ных по­лей, мо­ду­ля­то­ров све­та и др.