Hvad er de forskellige typer halvledermateriale?

Halvledere er vigtige komponenter i moderne elektroniske enheder, og det samme er en af de grundlæggende byggesten til moderne teknologi.For at være egnet som et halvledermateriale skal et stof have elektrisk ledningsevne, der ligger mellem isolatorer, der udfører meget lidt elektricitet, og ledere, der tillader elektricitet at flyde meget let.De fleste halvledermaterialer er krystallinske uorganiske faste stoffer, skønt halvleder fremstillet af amorfe faste stoffer og væsker også findes.Almindelige halvledermaterialer inkluderer silicium, galliumarsenid og galliumnitrid, skønt andre også findes.Ud over disse primære materialer indeholder halvledere ofte også små mængder af andre stoffer, kendt som dopingmidler.

Et halvledende materialer ledningsevne kan øges ved at udsætte det for elektrisk energi, magnetiske felter eller andre stimuli, der øger energiniveauet iMaterialer Elektroner, der får nogle af dem til at bevæge sig fra lavenergivalensbåndet til den højere energi, mindre overfyldte ledningsbånd.Dette gør det muligt for de energiske elektroner at bevæge sig mere frit gennem materialet, mens de skaber positivt ladede huller i valensbåndet kaldet elektronhuller.Dette gør det muligt for elektricitet at strømme gennem halvlederen.Ved at manipulere en halvledende ledningsevne kan den bruges som en switch.Halvledere bruges også til solenergiproduktion og lysdetekterende sensorer, fordi de kan producere en strøm af elektrisk strøm, når det er passende energisk af indkommende fotoner af lys.

Det mest almindeligt anvendte halvledermateriale er silicium, det 14. element på den periodiske tabelog et af de mest almindelige elementer i jordskorpen.De fleste siliciumhalvledere har en regelmæssig krystallinsk struktur, hvor deres atomer er arrangeret, men ikke -krystallinsk eller amorf, silicium kan også bruges.Amorfe silicium halvledere har ringere ydelser sammenlignet med krystallinsk silicium, men amorf silicium kan deponeres i meget tyndere lag, hvilket kan reducere materialomkostninger.

Det næste mest almindelige halvledermateriale er det sammensatte galliumarsenid (GAAS).Galliumarsenid er overlegen silicium i en række henseender, såsom hurtigere skift og større modstand mod varme.Det er dog også dyrere og vanskeligere at behandle, og det bruges normalt kun til applikationer, hvor silicium er utilstrækkeligt.Det lider også af højere strømforbrug.Galliumarsenid bruges ofte til formål, såsom højhastighedselektronik og højeffektiv fotovoltaiske celler.

En anden galliumforbindelse, der bruges til halvledere, er galliumnitrid (GAN), som kan fungere ved meget høje temperaturer og spændinger og således bruges tilapplikationer, der involverer mikrobølger.Galliumnitrid bruges også i lysemitterende dioder (LED'er) og laserdioder med højfrekvent samt nogle militære radarer.Det kan også kombineres med et andet halvledermateriale, Indium Nitride (Inn), for at producere en blanding kaldet Indium Gallium Nitride.Indiumkalliumnitrid bruges ofte i LED'er og kan også være et ekstremt effektivt materiale til solceller.

Halvledere indeholder ofte små mængder dopingmidler til at ændre deres ledende egenskaber i henhold til deres funktion.Almindelige dopingmidler i silicium inkluderer elementerne bor, fosfor og arsen.Galliumarsenid og galliumnitrid dopet med metaller såsom mangan har både halvledende og ferromagnetiske egenskaber.