ОКСИДНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ

ОКСИДНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ

ОКСИ́ДНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ́, бинарные химические соединения, один из компонентов которых металл, а другой — кислород. К этому классу полупроводниковых материалов относятся такие вещества, как Cu₂O, ZnO, CdO, NiO, Fe₂O₃, MnO, Mn₃O₄ и др.
Это соединения полярного типа с металлической и металлоидной компонентами, которые могут рассматриваться как ионные соединения. Полупроводниковыми свойствами обладают не все оксиды переходных металлов, а только те, в которых ион металла относится к элементам переходного ряда Периодической таблицы (Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti).
Кроме оксидных полупроводников применяют и более сложные оксидные соединения (ZnFeO₄, MnCr₂O₄), электропроводность которых можно подбирать, изменяя процентное соотношение компонентов.
Электропроводность оксидных полупроводников обусловлена наличием у ионов одного и того же металла не менее двух разновалентных состояний и связана с обменом электронами между этими ионами. Величина удельного сопротивления оксидных полупроводников лежит в пределах от 10⁵ до 10⁹ Ом^.м. Присутствие примесей существенно влияет на электрические свойства.
Оксидные полупроводниковые материалы находят достаточно широкое применение. Основными материалами, используемыми при изготовлении сенсоров, являются полупроводниковые оксиды металлов (SnO₂, WO₃, ZnO, TiO₂ и т. п). Поликристаллические полупроводники, такие как SnO₂, ZnO, In₂O₃, широко используются в качестве активных элементов газовых сенсоров. Улучшение сенсорных свойств оксидных полупроводников: чувствительности, селективности и стабильности достигается путем их легирования различными металлами или оксидами металлов, или нанесением на их поверхность частиц благородных металлов. По аналогии с полевым транзистором металлические наночастицы играют роль затвора, управление которым происходит за счет адсорбции на нем анализируемых газов. Например, методом магнетронного распыления металла с последующим окислением изготавливают тонкие поликристаллические пленки SnO₂, поверхностно легированные платиной. Поверхностное легирование платиной методом лазерной абляции существенно улучшает чувствительность по отношению к водороду и перспективно для создания высокочувствительных газовых сенсоров резистивного типа.
Технология получения оксидных полупроводниковых материалов относительно проста. Обычно эти материалы используют в виде поликристаллов, или изготавливают в виде спеченных материалов по керамической технологии.
Практическое применение получили смеси оксидов, на основе которых изготавливают терморезисторы, варисторы, выпрямители и другие приборы. Например, закись меди Cu₂O используется для изготовления купроксных выпрямителей. Закись меди — типичный полупроводниковый материал с удельным сопротивлением от 10 до 10⁷ Ом.м, величина которого зависит от термообработки. Имеет дырочный тип проводимости за счет избытка кислорода относительно стехиометрического состава. Для получения электронного типа проводимости используют диффузию меди.
Оксид цинка ZnO применяется в радиоэлектронике для изготовления самоактивированного люминофора ZnO:Zn, имеющего сине-зеленый цвет свечения. На основе порошкообразного оксида цинка получают комплексные соединения, используемые для изготовления варисторов и т. д.