Техника - молодёжи 1975-09, страница 43

Примерное строение гексагональных и кубичесних кристаллов углерода и нитрида бора.

только в радиационном приборостроении, но и в их исконной вотчине— в электронике. Первый алмаз с полупроводниковыми свойствами был обнаружен в 1952 году среди наиболее чистых природных кристаллов.

Естественные алмазы обладали дырочной проводимостью (р-тип), при которой свободным носителем заряда служат не электроны, а ионизированные атомы («дырки»), но они не сами перемещаются, а передают друг другу электрон; «дырка» как бы перемещается от положительного электрода к отрицательному. В кристаллах кремния и германия дырочную проводимость или электронную (n-тип) вызывают соответствующие примеси, но попытки определить, наличие какого вещества в естественных алмазах вызывают его полупроводниковые свойства, до сих пор не привели к убедительным результатам. Естественная мысль перепробовать все элементы натолкнулась на непреодолимое препятствие —примеси не проникали в кристаллическую решетку алмаза даже методом термодиффузии. На этом, собственно, и остановились работы с полупроводниковыми алмазами.

Но в 1965 году советский ученый доктор физико-математических наук Виктор Вавилов предложил новый способ легирования полупроводни-

s 4 5

время (шш.)

График отсчета импульсов алмазным детектором в Зависимости от времени, при неизменной интенсивности излучения. А — обычный контакт с металлом, Б — внедренный.

Образец алмазного диода.

1. Р — область с внедренным бором,

2. п — область с внедренной сурьмой. 3 — контактные области. 4 — л — область, где бор перекомпенсирован сурьмой. 5 — зоны р-п пере-

ков — ионное внедрение. Примесные атомы внедряются в решетку кристаллов в виде пучка ускорен ных электрическим полем ионов. Обычно используются энергии в несколько десятков килоэлектронвольт. Главные достоинства этого метода — получение больших концентраций примесей и внедрение элементов, диффузия которых происходит при больших температурах. Основной и, к сожалению, неизбежный недостаток — возникновение в кристалле большого числа атомов, смещенных из узлов кристаллической решетки. Но дальнейшее исследование установило, что отжигом можно в значительной мере восстановить кристаллическую решетку как германия и кремния, так и алмаза. Последний отжигается в вакууме при температуре около 1400° С.

Таким методом были получены полупроводниковые алмазы как с р-, так и n-проводимостью. В зависимости от ускорения и массы ионов полупроводниковый слой образовывался на различных глубинах кристалла и различной толщины. И хотя глубина внедрения не превышала микрона, была разработана технология получения полупроводниковых элементов из алмаза (рис. внизу). Достоинства их перед традиционными транзисторами — проводящие слои погружены в совершенный изолятор (алмаз) с очень высокой теплопроводностью, что позволяет при микроскопических размерах элемента использовать большие мощности. Кроме того, алмаз очень термостоек и не теряет своих полупроводниковых свойств при высоких температурах.

Вот мы и вернулись к тому, с чего начали разговор об удивительных свойствах алмаза, — к его высокой термостойкости и теплопроводности. Высокие температуры были и остаются главным бичом полупроводниковой техники. ЭВМ обеспечиваются сложнейшими системами вентиляции (кстати, именно по этой причине наиболее ответственные задачи решают на них ночью), на мощные триоды и диоды навешивают громадные радиаторы. И именно как радиаторы-теллоотводы вошли в электронику первые алмазы. Излучающие элементы полупроводниковых лазеров или триоды укреплялись на алмазной подложке, и ее "высокая теплопроводность позволяла снимать с них большие мощности.

Все эти разработки еще не вышли из стен лабораторий, но возможности алмазов скоро сделают их не менее важными в радиоэлектронике, чем в машиностроении.

Материал подготовил АЛЕКСАНДР ЖДАНОВ

41