元素半导体材料(elemental semiconductor material)是指由单体元素构成的半导体材料。共有12种元素具有半导体性质,即硅、锗、硼、碲、碘及碳、磷、砷、硫、锑、锡的某种同素异形体。
元素半导体材料在
元素周期表中的位置,说明了半导体材料的性质与
物质结构,特别是原子结构的关系,它们都居于周期表的A族。典型的半导体材料居于Ⅳ一A族,它们都具有明显的共价键;都以
金刚石型结构结晶;它们的带隙宽度随原子序数的增加而递减,其原因是其键合能随电子层数的增加而减小。V—A族都是某一种同素异形体具有半导体性质,其带隙宽度亦随原子序数的增加而减小。
导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料,其电阻率在10(U-3)~10(U-9)欧姆/厘米范围内。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感,在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质,才制造出功能多样的半导体器件。 半导体材料是半导体工业的基础,它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。
1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50年代,锗在半导体中占主导地位,但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差,到60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件,耐高温和抗辐射性能较好,特别适宜制作大功率器件。因此,硅已成为应用最多的一种增导体材料,集成电路大多数是用硅材料制造的。
2.
化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多,重要的有砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和
化学稳定性好,在航天技术领域有着广泛的应用。
3.无定形半导体材料 用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料,分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力,主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。
4.有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种,包括萘、蒽、
聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等,尚未得到应用。