半导体的实例。 类型，性能，实际应用

最有名的是半导体硅（Si）。 但除了他，还有很多其他的。 实例是天然的，比如半导体材料如锌矿硫化锌（ZnS），赤铜矿（的Cu ₂ O），方铅矿（硫化铅）和其他许多人。 半导体的家族，包括在实验室制备的半导体，表示最多样化类的人类已知的材料中的一种。

半导体的表征

周期表的104个元件是金属79，25 -从该13种非金属 化学元素 的介电-具有半导体性质和12。 主半导体特征在于，它们的导电性随温度的升高显著增加。 在低温下，他们的行为就像绝缘体，在高 - 作为导体。 这些半导体从金属不同：金属电阻成比例地增加，以在温度上升。

从半导体金属另一个不同之处在于半导体的电阻光的影响下降低，而在后者的金属不会受到影响。 此外，当给药于杂质的少量半导体的导电性而变化。

半导体与不同的晶体结构的化合物中发现的。 这些可以是元素如硅和硒，或诸如砷化镓双化合物。 许多有机化合物，如聚乙炔_{，（CH）N，} -半导体材料。 某些半导体表现出磁性（CD _1-x的Mn _X Te）的或铁电性质（SBSI）。 有足够成为超导体（的GeTe和的SrTiO _3）等合金_。 许多新发现的高温超导体具有金属半导体阶段。 例如，的La ₂ CuO的₄是半导体，但与锶的合金的形成变得sverhrovodnikom（LA _1-x的Sr _X）2的CuO _4。

物理教科书给定义作为半导体材料从10 ^-4到10 ⁷欧姆·米的电阻率。 也许是另一种定义。 从0到3电子伏特 - 半导体的禁带的宽度。 金属和半金属 - 具有零能隙，并且其中超过W¯¯电子伏特称为绝缘体的物质的材料。 但也有例外。 例如，一个半导体金刚石具有宽禁带为6eV，半绝缘性GaAs - 1,5电子伏特。 的GaN，对于在蓝色区域光电器件的材料，具有3.5eV的禁带宽度。

能隙

在晶格中的原子的价轨道被分成能级两组 - 一个自由区，位于最高水平，并确定半导体的导电性，和价带，下方。 这些级别，这取决于晶体晶格结构和原子的对称性可以相交或彼此间隔开。 在后一种情况下，存在的能隙，或者换句话说，禁带区域之间。

的位置和填充水平是由材料的导电性能来确定。 根据该特征由物质的导体，绝缘体和半导体划分。 半导体的禁带的宽度变化0.01-3电子伏特，电介质的能隙小于3电子伏特。 由于能隙水平的重叠金属都没有。

半导体和绝缘体，而相比之下，金属，电子被填充价带和最近的自由区，或导带，所述价能量从破裂围起来 - 电子的能量被禁止的部分。

在电介质的热能或可忽略电场不足以使通过该间隙的跳转时，电子不受到导带。 他们无法通过晶格移动，成为电流的载体。

以激励的导电性，在价电平的电子应给予的能量，这将足以克服的能隙。 只有当能量吸收的量不大于的能隙值越小，将通过从所述传导水平的价电子水平。

在这种情况下，如果能隙宽度超过4电子伏特，电导率半导体激发照射或加热几乎是不可能的 - 在熔融温度下的电子的激发能量不足以通过区跳的能隙。 当加热时，晶体中的电子传导性之前熔化。 这样的物质包括石英（DE = 5,2电子伏特），金刚石（DE = 5,1电子伏特），许多的盐。

外在和内在导电型半导体

净半导体晶体具有固有导电性。 这种半导体专有名词。 本征半导体中含有空穴和自由电子的数目相等。 当加热的半导体增加固有导电性。 在恒定温度下，存在产生的电子 - 空穴对的动态平衡量和电子和空穴复合，这仍然是在这些条件下恒定的数目的条件。

的杂质的存在影响显著半导体的导电性。 添加它们允许大大增加自由电子的数量，在一个小数目的孔，并增加孔的数量用少量的传导水平电子。 杂质半导体 - 具有杂质导电性的导体。

杂质容易提供电子被称为供体。 施主杂质可以是与原子，其含有比基体材料的原子更多的电子价水平的化学元素。 例如，磷和铋 - 硅施主杂质。

对于一个电子的在上述传导区的跳转所需的能量，被称为活化能。 杂质半导体需要比基材少了很多的它。 有轻微加热或光主要释放的杂质半导体的原子的电子。 放置留下的原子发生电子空穴。 但是，电子跟空穴复合不会发生。 供体的空穴传导率是微不足道的。 这是因为杂质原子少量不允许自由电子经常接近孔，并责成它。 电子是一些漏洞，但不能填补他们由于能级不足。

轻微的添加剂施主杂质几个数量增加与自由电子在本征半导体数目相比传导电子的数量。 这里的电子 - 杂质半导体的原子电荷的主要载体。 这些物质属于n型半导体。

结合半导体的电子的杂质，增加它的孔的数量，被称为受体。 受主杂质与在价电平比所述半导体的底部的较小数量的电子的化学元素。 硼，镓，铟 - 在硅受主杂质。

半导体的特性取决于它的晶体结构缺陷。 这将导致增长极纯晶体的必要性。 半导体传导的参数通过加入掺杂剂来控制。 掺杂了磷（V亚组元素）的硅晶体，其是一个供体产生晶体硅n型。 对于具有p型硅施用硼受体晶体。 半导体补偿费米能级将其移动到以这种方式创建的带隙的中间。

单元素半导体

最常见的半导体是，当然，硅。 再加上德国，他是一大类具有类似的晶体结构半导体的原型。

结构的晶体Si和Ge是相同金刚石和α-锡。 它围绕其形成四面体的各原子4个最近原子。 这种协调称为四次。 水晶tetradricheskoy债券钢铁基地为电子行业，并在现代技术关键作用。 一些元件V和周期表第VI族的也半导体。 磷（P），硫（S），硒（Se）和碲（Te） - 这种类型的半导体的例子。 这些半导体可以是三重原子（P），二取代的（S，硒，碲）或四重配位。 其结果是这样的元件可以以几种不同晶体结构的存在，并且在玻璃的形式也可制备。 例如，硒生长在单斜和三角晶结构或作为窗口（这也可以看作是聚合物）。

- 金刚石具有优异的导热性，优异的机械和光学性能，机械强度高。 的能隙的宽度 - DE = 5,47 eV的。

- 硅 - 在一个薄膜太阳能电池 - 在太阳能电池，和无定形形式，所使用的半导体。 它是最常用的半导体太阳能电池，容易制造，具有良好的电和机械性能。 DE = 1,12 eV的。

- 锗 - 在伽玛射线光谱，高性能太阳能电池中使用的半导体。 用在第一二极管和晶体管。 它需要比硅清洁少。 DE = 0,67 eV的。

- 硒 - 一个半导体，其在具有高抗辐射性和自愈能力的硒整流器使用。

二元素化合物

半导体形成元件3和元素周期表组4的性质类似于 化合物的性质 4组的基团。 从4组元素的过渡化合物3-4克。 这使得通信部分是因为从一个原子离子电荷传输电子到原子3组4组。 离子性改变半导体的性质。 它会导致在库仑能量和离子离子相互作用能隙电子带结构的增加。 这种类型的实施例的二元化合物 - 锑化铟，锑化铟，砷化镓砷化镓，锑化镓的GaSb，磷化铟的InP，锑化铝的AlSb，磷化镓的间隙。

离子性的增加和它的值化合物中生长多个基团2-6的化合物，如硒化镉，硫化锌，硫化镉，碲化镉，硒化锌。 其结果是，大多数化合物的2-6组禁带更宽于1eV，除了汞化合物。 碲化汞 - 而不能隙半导体，半金属，如α - 锡。

半导体2-6基团与在生产激光器和显示器的一个大的能隙的发现的用途。 二进制组6 2-化合物与适合于红外线接收器的窄隙能量。 组1-7（溴化亚铜的CuBr，碘化银银，碘化银，氯化铜的CuCl）的元素由于高离子性的二元化合物具有更宽的带隙电子伏w ^。 它们实际上并不半导体和绝缘体。 由于库仑相互作用离子间晶体生长锚定能促进结构化原子盐与六阶，代替二次坐标。 化合物4-6基 - 硫化物，碲化铅，硫化锡 - 如半导体。 这些物质的离子性也促进形成六倍协调。 多离子性不排除它们具有非常窄的带隙的存在，它们可以被用于接收红外辐射。 氮化镓-的化合物基团3-5具有宽能隙，发现在应用 半导体激光器 和发光二极管在光谱的蓝色部分操作。

- 砷化镓，砷化镓 - 在所述第二硅半导体后需求通常被用作用于其它导体的基板，例如，的GaInNAs和砷化铟镓，在setodiodah红外线，高频晶体管和集成电路，高效率的太阳能电池，激光二极管，核固化的检测器。 DE = 1,43 eV的，与硅相比，提高了功率器件。 性脆，包含难以制造更多的杂质。

- 硫化锌，硫化锌 - 与禁带区域和3.54 3.91电子伏特，在激光器和作为荧光体使用硫化氢的锌盐。

- SNS，硫化锡 - 半导体中的光敏电阻和光敏二极管中使用，DE = 1,3和10电子伏特。

氧化物

该金属氧化物优选是优异的绝缘体，但也有例外。 氧化镍，氧化铜，氧化钴，二氧化铜，氧化铁，氧化铕，氧化锌 - 这种类型的半导体的例子。 由于铜氧化钛存在作为矿物赤铜矿，其性能进行了深入的研究。 对于这种类型的半导体的的培养的过程尚未完全清楚，所以它们的使用仍然有限。 一个例外是氧化锌（ZnO），化合物基团2-6被用作换能器和生产粘合带和灰泥的。

超导是与无氧铜的许多化合物发现后，情况发生了巨大变化。 第一高温超导体打开贝德诺尔茨和Muller，是化合物半导体基于的La ₂ CuO的_4,2电子伏特的能隙。 代的二价的三价镧，钡或锶，引入孔的半导体电荷载流子。 实现必要的空穴浓度使得的La ₂ CuO的₄超导体。 此时，过渡到超导状态的最高温度属于化合物HgBaCa ₂的Cu ₃ O _8。 在高压下，它的值是134 K.

的ZnO，氧化锌变阻器时，蓝色发光二极管，气体传感器，生物传感器，涂料窗户反射红外光，如在LCD显示器和太阳能电池的导体。 DE = 3.37电子伏特。

层状晶体

像二碘化铅，硒化镓和二硫化钼的双化合物的不同的层状晶体结构。 该层是 共价键 的实力相当，比层本身之间的范德华债券强得多。 因为电子在准二维的表现层等半导体型很有趣。 层的相互作用是通过引入外原子改变 - 嵌插。

_二硫化钼_，二硫化钼在高频检测器，整流器，忆阻器，晶体管使用。 DE = 1.23和1.8电子伏特。

有机半导体

萘，聚乙炔（CH _2）N，蒽，聚二乙炔，ftalotsianidy，聚乙烯基咔唑-有机化合物的基础上半导体的实例。 有机半导体具有优于非有机：它们很容易以赋予期望的质量。 与共轭键的物质形成-C = C-C =具有实质性的光学非线性和，由于这一点，在应用光电子。 此外，式I的能带隙有机半导体化合物而变化更改，比常规半导体容易得多。 也半导体 - 碳富勒烯，石墨烯，碳纳米管的结晶同素异形体。

- 富勒烯具有在一个封闭的凸多面体ugleoroda偶数原子的形式的结构。 的掺杂富勒烯C ₆₀用碱金属将其转换为一个超导体。

- 形成石墨碳层单原子，被连接在一个二维六角点阵。 记录具有导电性和电子迁移率，高刚性

- 纳米管被卷成直径为几纳米的管石墨板。 这些形式的碳在纳米电子学巨大潜力。 根据不同的耦合可以是金属的或半导体的质量。

磁性半导体

铕和锰的磁性离子的化合物具有好奇磁性和半导体性质。 这种类型的半导体的实例-铕硫化物，硒化物和铕固体溶液，例如镉_1-x的Mn _X碲。 磁性离子的含量会影响二者的物质表现出磁性性质，例如铁磁性和反铁磁性。 半磁性半导体 - 是包含在低浓度磁性离子的硬磁半导体的解决方案。 这样的固溶体吸引你的前景和可能的应用潜力很大的关注。 例如，相对于非磁性半导体，它们可达到一百万次大的法拉第旋转。

磁性半导体的强磁光效应使得其为光调制使用。 钙钛矿与Mn _0.7的Ca _0.3 O _3，它的性能均优于金属-半导体过渡，这在巨磁电阻现象的磁场结果直接依赖性。 它们在无线电，光学设备，其通过一个磁场，微波波导装置控制使用。

半导体铁电体

这种类型的结晶的特征在于在它们的电的时刻存在和发生自发极化的。 例如，这种性质是半导体钛酸铅的PbTiO _3，钛酸钡的BaTiO _3，碲化锗，的GeTe，碲化锡的SnTe，其在低温下具有铁电特性。 这些材料是在非线性光学，压电传感器和存储器件中使用。

各种半导体材料的

除了上述半导体材料，还有许多其他不这些类型之一下下降。 式I的化合物1-3-5元件_{2（AgGaS 2）}和2-4-5 _{2（ZnSiP 2）}形成黄铜矿晶体结构。 联系四面体化合物类似半导体3-5和2-6基团与闪锌矿晶体结构。 在晶体或玻璃形式的半导体-构成的半导体元件5和6组（类似于作为₂硒_3），的化合物。 铋和锑的硫属化物在半导体热电发电机使用。 这种类型的半导体的性能是非常有趣的，但他们并没有由于有限的应用得到普及。 然而，它们的存在的事实，证实了尚未充分研究半导体物理学领域的存在。