半導體的實例。 類型，性能，實際應用

最有名的是半導體矽（Si）。 但除了他，還有很多其他的。 實例是天然的，比如半導體材料如鋅礦硫化鋅（ZnS），赤銅礦（的Cu ₂ O），方鉛礦（硫化鉛）和其他許多人。 半導體的家族，包括在實驗室製備的半導體，表示最多樣化類的人類已知的材料中的一種。

半導體的表徵

週期表的104元件是金屬79，25 -從該13非金屬 化學元素 的介電-具有半導體性質和12。 主半導體特徵在於，它們的導電性隨溫度的升高顯著增加。 在低溫下，他們的行為就像絕緣體，在高 - 作為導體。 這些半導體從金屬不同：金屬電阻成比例地增加，以在溫度上升。

從半導體金屬另一個不同之處在於半導體的電阻光的影響下降低，而在後者的金屬不會受到影響。 此外，當給藥於雜質的少量半導體的導電性而變化。

半導體與不同的晶體結構的化合物中發現的。 這些可以是元素如矽和硒，或諸如砷化鎵雙化合物。 許多有機化合物，如聚乙炔_{，（CH）N，} -半導體材料。 某些半導體表現出磁性（CD _1-x的Mn _X Te）的或鐵電性質（SBSI）。 有足夠成為超導體（的GeTe和的SrTiO _3）等合金_。 許多新發現的高溫超導體具有金屬半導體階段。 例如，的La ₂ CuO的₄是半導體，但與鍶的合金的形成變得sverhrovodnikom（LA _1-x的Sr _X）2的CuO _4。

物理教科書給定義作為半導體材料從10 ^-4到10 ⁷歐姆·米的電阻率。 也許是另一種定義。 從0到3電子伏特 - 半導體的禁帶的寬度。 金屬和半金屬 - 具有零能隙，並且其中超過W¯¯電子伏特稱為絕緣體的物質的材料。 但也有例外。 例如，一個半導體金剛石具有寬禁帶為6eV，半絕緣性GaAs - 1,5電子伏特。 的GaN，對於在藍色區域光電器件的材料，具有3.5eV的禁帶寬度。

能隙

在晶格中的原子的價軌道被分成能級兩組 - 一個自由區，位於最高水平，並確定半導體的導電性，和價帶，下方。 這些級別，這取決於晶體晶格結構和原子的對稱性可以相交或彼此間隔開。 在後一種情況下，存在的能隙，或者換句話說，禁帶區域之間。

的位置和填充水平是由材料的導電性能來確定。 根據該特徵由物質的導體，絕緣體和半導體劃分。 半導體的禁帶的寬度變化0.01-3電子伏特，電介質的能隙小於3電子伏特。 由於能隙水平的重疊金屬都沒有。

半導體和絕緣體，而相比之下，金屬，電子被填充價帶和最近的自由區，或導帶，所述價能量從破裂圍起來 - 電子的能量被禁止的部分。

在電介質的熱能或可忽略電場不足以使通過該間隙的跳轉時，電子不受到導帶。 他們無法通過晶格移動，成為電流的載體。

以激勵的導電性，在價電平的電子應給予的能量，這將足以克服的能隙。 只有當能量吸收的量不大於的能隙值越小，將通過從所述傳導水平的價電子水平。

在這種情況下，如果能隙寬度超過4電子伏特，電導率半導體激發照射或加熱幾乎是不可能的 - 在熔融溫度下的電子的激發能量不足以通過區跳的能隙。 當加熱時，晶體中的電子傳導性之前熔化。 這樣的物質包括石英（DE = 5,2電子伏特），金剛石（DE = 5,1電子伏特），許多的鹽。

外在和內在導電型半導體

淨半導體晶體具有固有導電性。 這種半導體專有名詞。 本徵半導體中含有空穴和自由電子的數目相等。 當加熱的半導體增加固有導電性。 在恆定溫度下，存在產生的電子 - 空穴對的動態平衡量和電子和空穴複合，這仍然是在這些條件下恆定的數目的條件。

的雜質的存在影響顯著半導體的導電性。 添加它們允許大大增加自由電子的數量，在一個小數目的孔，並增加孔的數量用少量的傳導水平電子。 雜質半導體 - 具有雜質導電性的導體。

雜質容易提供電子被稱為供體。 施主雜質可以是與原子，其含有比基體材料的原子更多的電子價水平的化學元素。 例如，磷和鉍 - 矽施主雜質。

對於一個電子的在上述傳導區的跳轉所需的能量，被稱為活化能。 雜質半導體需要比基材少了很多的它。 有輕微加熱或光主要釋放的雜質半導體的原子的電子。 放置留下的原子發生電子空穴。 但是，電子跟空穴複合不會發生。 供體的空穴傳導率是微不足道的。 這是因為雜質原子少量不允許自由電子經常接近孔，並責成它。 電子是一些漏洞，但不能填補他們由於能級不足。

輕微的添加劑施主雜質幾個數量增加與自由電子在本徵半導體數目相比傳導電子的數量。 這裡的電子 - 雜質半導體的原子電荷的主要載體。 這些物質屬於n型半導體。

結合半導體的電子的雜質，增加它的孔的數量，被稱為受體。 受主雜質與在價電平比所述半導體的底部的較小數量的電子的化學元素。 硼，鎵，銦 - 在矽受主雜質。

半導體的特性取決於它的晶體結構缺陷。 這將導致增長極純晶體的必要性。 半導體傳導的參數通過加入摻雜劑來控制。 摻雜了磷（V亞組元素）的矽晶體，其是一個供體產生晶體矽n型。 對於具有p型矽施用硼受體晶體。 半導體補償費米能級將其移動到以這種方式創建的帶隙的中間。

單元素半導體

最常見的半導體是，當然，矽。 再加上德國，他是一大類具有類似的晶體結構半導體的原型。

結構的晶體Si和Ge是相同金剛石和α-錫。 它圍繞其形成四面體的各原子4個最近原子。 這種協調稱為四次。 水晶tetradricheskoy債券鋼鐵基地為電子行業，並在現代技術關鍵作用。 一些元件V和週期表第VI族的也半導體。 磷（P），硫（S），硒（Se）和碲（Te） - 這種類型的半導體的例子。 這些半導體可以是三重原子（P），二取代的（S，硒，碲）或四重配位。 其結果是這樣的元件可以以幾種不同晶體結構的存在，並且在玻璃的形式也可製備。 例如，硒生長在單斜和三角晶結構或作為窗口（這也可以看作是聚合物）。

- 金剛石具有優異的導熱性，優異的機械和光學性能，機械強度高。 的能隙的寬度 - DE = 5,47 eV的。

- 矽 - 在一個薄膜太陽能電池 - 在太陽能電池，和無定形形式，所使用的半導體。 它是最常用的半導體太陽能電池，容易製造，具有良好的電和機械性能。 DE = 1,12 eV的。

- 鍺 - 在伽瑪射線光譜，高性能太陽能電池中使用的半導體。 用在第一二極管和晶體管。 它需要比矽清潔少。 DE = 0,67 eV的。

- 硒 - 一個半導體，其在具有高抗輻射性和自愈能力的硒整流器使用。

二元素化合物

半導體形成元件3和元素週期表組4的性質類似於 化合物的性質 4的基團。 從4組元素的過渡化合物3-4克。 這使得通信部分是因為從一個原子離子電荷傳輸電子到原子3組4組。 離子性改變半導體的性質。 它會導致在庫侖能量和離子離子相互作用能隙電子帶結構的增加。 這種類型的實施例的二元化合物 - 銻化銦，銻化銦，砷化鎵砷化鎵，銻化鎵的GaSb，磷化銦的InP，銻化鋁的AlSb，磷化鎵的間隙。

離子性的增加和它的值化合物中生長多個基團2-6的化合物，如硒化鎘，硫化鋅，硫化鎘，碲化鎘，硒化鋅。 其結果是，大多數化合物的2-6組禁帶更寬於1eV，除了汞化合物。 碲化汞 - 而不能隙半導體，半金屬，如α - 錫。

半導體2-6基團與在生產激光器和顯示器的一個大的能隙的發現的用途。 二進制組6 2-化合物與適合於紅外線接收器的窄隙能量。 組1-7（溴化亞銅的CuBr，碘化銀銀，碘化銀，氯化銅的CuCl）的元素由於高離子性的二元化合物具有更寬的帶隙電子伏w ^。 它們實際上並不半導體和絕緣體。 由於庫侖相互作用離子間晶體生長錨定能促進結構化原子鹽與六階，代替二次坐標。 化合物4-6基 - 硫化物，碲化鉛，硫化錫 - 如半導體。 這些物質的離子性也促進形成六倍協調。 多離子性不排除它們具有非常窄的帶隙的存在，它們可以被用於接收紅外輻射。 氮化鎵-的化合物基團3-5具有寬能隙，發現在應用 半導體激光器 和發光二極管在光譜的藍色部分操作。

- 砷化鎵，砷化鎵 - 在所述第二矽半導體後需求通常被用作用於其它導體的基板，例如，的GaInNAs和砷化銦鎵，在setodiodah紅外線，高頻晶體管和集成電路，高效率的太陽能電池，激光二極管，核固化的檢測器。 DE = 1,43 eV的，與矽相比，提高了功率器件。 性脆，包含難以製造更多的雜質。

- 硫化鋅，硫化鋅 - 與禁帶區域和3.54 3.91電子伏特，在激光器和作為熒光體使用硫化氫的鋅鹽。

- SNS，硫化錫 - 半導體中的光敏電阻和光敏二極管中使用，DE = 1,3和10電子伏特。

氧化物

該金屬氧化物優選是優異的絕緣體，但也有例外。 氧化鎳，氧化銅，氧化鈷，二氧化銅，氧化鐵，氧化銪，氧化鋅 - 這種類型的半導體的例子。 由於銅氧化鈦存在作為礦物赤銅礦，其性能進行了深入的研究。 對於這種類型的半導體的的培養的過程尚未完全清楚，所以它們的使用仍然有限。 一個例外是氧化鋅（ZnO），化合物基團2-6被用作換能器和生產粘合帶和灰泥的。

超導是與無氧銅的許多化合物發現後，情況發生了巨大變化。 第一高溫超導體打開貝德諾爾茨和Muller，是化合物半導體基於的La ₂ CuO的_4,2電子伏特的能隙。 代的二價的三價鑭，鋇或鍶，引入孔的半導體電荷載流子。 實現必要的空穴濃度使得的La ₂ CuO的₄超導體。 此時，過渡到超導狀態的最高溫度屬於化合物HgBaCa ₂的Cu ₃ O _8。 在高壓下，它的值是134 K.

的ZnO，氧化鋅變阻器時，藍色發光二極管，氣體傳感器，生物傳感器，塗料窗戶反射紅外光，如在LCD顯示器和太陽能電池的導體。 DE = 3.37電子伏特。

層狀晶體

像二碘化鉛，硒化鎵和二硫化鉬的雙化合物的不同的層狀晶體結構。 該層是 共價鍵 的實力相當，比層本身之間的范德華債券強得多。 因為電子在準二維的表現層等半導體型很有趣。 層的相互作用是通過引入外原子改變 - 嵌插。

_二硫化鉬_，二硫化鉬在高頻檢測器，整流器，憶阻器，晶體管使用。 DE = 1.23和1.8電子伏特。

有機半導體

萘，聚乙炔（CH _2）N，蒽，聚二乙炔，ftalotsianidy，聚乙烯基咔唑-有機化合物的基礎上半導體的實例。 有機半導體具有優於非有機：它們很容易以賦予期望的質量。 與共軛鍵的物質形成-C = C-C =具有實質性的光學非線性和，由於這一點，在應用光電子。 此外，式I的能帶隙有機半導體化合物而變化更改，比常規半導體容易得多。 也半導體 - 碳富勒烯，石墨烯，碳納米管的結晶同素異形體。

- 富勒烯具有在一個封閉的凸多面體ugleoroda偶數原子的形式的結構。 的摻雜富勒烯C ₆₀用鹼金屬將其轉換為一個超導體。

- 形成石墨碳層單原子，被連接在一個二維六角點陣。 記錄具有導電性和電子遷移率，高剛性

- 納米管被卷成直徑為幾納米的管石墨板。 這些形式的碳在納米電子學巨大潛力。 根據不同的耦合可以是金屬的或半導體的質量。

磁性半導體

銪和錳的磁性離子的化合物具有好奇磁性和半導體性質。 這種類型的半導體的實例-銪硫化物，硒化物和銪固體溶液，例如鎘_1-x的Mn _X碲。 磁性離子的含量會影響二者的物質表現出磁性性質，例如鐵磁性和反鐵磁性。 半磁性半導體 - 是包含在低濃度磁性離子的硬磁半導體的解決方案。 這樣的固溶體吸引你的前景和可能的應用潛力很大的關注。 例如，相對於非磁性半導體，它們可達到一百萬次大的法拉第旋轉。

磁性半導體的強磁光效應使得其為光調製使用。 鈣鈦礦與Mn _0.7的Ca _0.3 O _3，它的性能均優於金屬-半導體過渡，這在巨磁電阻現象的磁場結果直接依賴性。 它們在無線電，光學設備，其通過一個磁場，微波波導裝置控制使用。

半導體鐵電體

這種類型的結晶的特徵在於在它們的電的時刻存在和發生自發極化的。 例如，這種性質是半導體鈦酸鉛的PbTiO _3，鈦酸鋇的BaTiO _3，碲化鍺，的GeTe，碲化錫的SnTe，其在低溫下具有鐵電特性。 這些材料是在非線性光學，壓電傳感器和存儲器件中使用。

各種半導體材料的

除了上述半導體材料，還有許多其他不這些類型之一下下降。 式I的化合物1-3-5元件_{2（AgGaS 2）}和2-4-5 _{2（ZnSiP 2）}形成黃銅礦晶體結構。 聯繫四面體化合物類似半導體3-5和2-6基團與閃鋅礦晶體結構。 在晶體或玻璃形式的半導體-構成的半導體元件5和6組（類似於作為₂硒_3），的化合物。 鉍和銻的硫屬化物在半導體熱電發電機使用。 這種類型的半導體的性能是非常有趣的，但他們並沒有由於有限的應用得到普及。 然而，它們的存在的事實，證實了尚未充分研究半導體物理學領域的存在。