Вирощування монокристалів напівпровідників, а також високотемпературний прогрів при різних технологічних операціях часто проводяться в атмосферах водню, інертних газів (гелій, аргон і т д) або у вакуумі Крім того, при нагріванні камера росту кристалів «дегазується», виділяючи в значних кількостях кисень та інші адсорбовані на стінках камери гази Всі ці гази здатні розчинятися в розплаві і проникати в кристал

Питання про вплив газів на властивості напівпровідникових матеріалів досі не можна вважати остаточно вирішеним, по-перше, тому, що цей вплив виявляється найчастіше не прямим, а непрямим а подруге, тому, що це непрямий вплив в різних напівпровідниках виявляється істотно різним

Для характеристики процесів дифузії і розчинення газів в напівпровідниках, як правило, користуються такими величинами: 1) коефіцієнтом дифузії D 2) розчинністю, визначальною рівноважну концентрацію газу в напівпровіднику при даній температурі і зовнішньому тиску газу в одну атмосферу Ці дві величини тісно взаємозалежні один з одним

У Ge і Si, як правило, гази безпосередньо не впливають на електричні параметри матеріалу, тому відомості про їх вмісті в кристалах отримують зазвичай не напівпровідниковими (електричними) методами Згідно з результатами мас-спектрального аналізу кількість (окремо) водню, кисню і вуглецю в кристалах Ge і Si, вирощених за допомогою звичайних методів, приблизно однаково і становить

3 · 1018 см-3 в Ge і 2 · 1019 см-3 в Si

Коефіцієнти дифузії для водню, гелію, кисню і ксенону в германии наведено в табл 81 Близькі за порядком величини значення коефіцієнтів дифузії спостерігаються і для відповідних газів в кремнії Представляється ймовірним, що дифузія водню і гелію в германии і кремнії носить междоузельний характер Також передбачається, що водень в цих напівпровідниках може бути частково повязаний з наявним там киснем (носіїв заряду водень не дає)

Високі концентрації розчиненого кисню призводять до появи характерних смуг поглинання в Ge при λ = 116 мкм, а в Si при 9 мкм Відносна величина коефіцієнта поглинання змінюється залежно від вмісту кисню (введеного, наприклад, в камеру зростання шляхом дозованого тиску) Було встановлено, що величина коефіцієнта дифузії кисню при 1300 ◦ C в Si= ~ 10-10 см2 / с [41]

На відміну від водню, гелію і вуглецю, які надають помітного впливу на електричні властивості Ge і Si, кисень викликає появу електрично активних центрів в Si і Ge, підданих термічній обробці (див гл 3) У Ge і Si кисень присутній або в атомарному вигляді, або утворює комплекси Si (Ge) Ox Атоми кисню, що розміщаються в междоузлиях, нейтральні, а комплекси Si (Ge) Oволодіють донорними властивостями

У напівпровідникових зєднаннях гази теж, як правило, не впливають на електричні параметри матеріалу, виняток становить кисень Наприклад, в GaAs і GaP з киснем звязуються найбільш глибокі донорні рівні, що лежать приблизно посередині забороненої зони в результаті кристали з концентрацією активних центрів, що перевищує 1017 см-3, проявляють провідність, близьку до власної

При вирощуванні напівпровідників слід звернути увагу на такий газ, як азот Він відіграє істотну роль в нерівних процесах і поглинанні, наприклад, в GaP Заміщення атомів фосфору у вузлах атомами азоту, які є «ізоелектронними», не впливає на електричні параметри кристалів Однак, маючи більшу порівняно з фосфором електронегативність і високу розчинність (до 1019 см-3), домішка азоту призводить до появи інтенсивних ліній у спектрах випромінювальної рекомбінації, повязаних не тільки з поодинокими атомами азоту, але і з парами N N -Центрів, розташованих на досить близьких відстанях [43]

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002