Jakie są różne rodzaje materiałów półprzewodników?

Półprzewodniki są niezbędnymi elementami nowoczesnych urządzeń elektronicznych, podobnie jak jednym z podstawowych elementów nowoczesnych technologii.Aby być odpowiednim jako materiał półprzewodnikowy, substancja musi mieć przewodność elektryczną, która leży pomiędzy izolatorami, które przeprowadzają bardzo mało energii elektrycznej, a przewodnikami, które pozwalają bardzo łatwo przepływać energię elektryczną.Większość materiałów półprzewodników to krystaliczne nieorganiczne ciałę stałe, chociaż półprzewodniki wykonane z amorficznych stałych i cieczy.Typowe materiały półprzewodników obejmują krzem, arsenek galu i azotek galu, choć inne istnieją.Oprócz tych podstawowych materiałów, półprzewodniki często zawierają również niewielkie ilości innych substancji, znane jako domieszki.

Przewodność materiałów półprzewodniczych można zwiększyć, poddając ją energii elektrycznej, pól magnetycznych lub innych bodźców, które zwiększają poziomy energii wElektrony materiałowe, powodując, że niektóre z nich przechodzą od pasma walencyjnego o niskiej energii do energii, mniej zatłoczonego pasma przewodnictwa.Umożliwia to energetyzowanym elektronom przemieszczanie się przez materiał bardziej swobodnie podczas tworzenia pozytywnie naładowanych luk w paśmie walencyjnym zwanym otworami elektronowymi.Umożliwia to przepływ energii elektrycznej przez półprzewodnik.Dzięki manipulowaniu przewodnictwem półprzewodników może być stosowana jako przełącznik.Półprzewodniki są również używane do wytwarzania energii słonecznej i czujników wykrywania światła, ponieważ mogą wytwarzać przepływ prądu elektrycznego, gdy są odpowiednio zasilane przez przychodzące fotony światła.

Najczęściej stosowanym materiałem półprzewodników jest krzem, 14. element na okresowym stole.i jeden z najczęstszych elementów skorupy ziemskiej.Większość półprzewodników krzemu ma regularną strukturę krystaliczną, w której ich atomy są ułożone, ale można również zastosować niekrystaliczny lub amorficzny krzem.Amorficzne półprzewodniki krzemowe mają gorszą wydajność w porównaniu z krystalicznym krzemionem, ale amorficzny krzem można osadzać w znacznie cieńszych warstwach, co może obniżyć koszt materiału.

Kolejnym najczęstszym materiałem półprzewodnikowym jest złożony arsenid galu (GAAS).Arsenid galu jest lepszy od krzemu pod wieloma względami, takimi jak szybsze przełączanie i większa odporność na ciepło.Jest jednak również droższy i trudniejszy do przetworzenia, a zatem jest zwykle stosowany tylko do zastosowań, w których krzem jest nieodpowiedni.Cierpi również z powodu wyższego zużycia energii.Arsenid galu jest powszechnie stosowany do celów, takich jak szybka elektronika i wysokowydajne komórki fotowoltaiczne.

Kolejnym związkiem galu stosowanym do półprzewodników jest azotek galu (GAN), który może funkcjonować w bardzo wysokich temperaturach i napięciach, a zatem jest często używane dla dlaZastosowania obejmujące mikrofale.Azotek galu jest również stosowany w diodach emitujących światło (diody LED) i diodach laserowych o wysokiej częstotliwości, a także w niektórych radiach wojskowych.Można go również połączyć z innym materiałem półprzewodnikowym, azotkiem indu (Inn), w celu wytworzenia mieszaniny zwanej azotkiem galu indium.Azotek galu indu jest powszechnie stosowany w diodach LED i może być również niezwykle wydajnym materiałem dla ogniw słonecznych.

Półprzewodniki często zawierają niewielkie ilości domieszek w celu zmiany ich właściwości przewodzących zgodnie z ich funkcją.Wspólne domieszki w krzemach obejmują elementy boru, fosfor i arsen.Arsenid gali i azotek galu domieszkowane metaliami takimi jak mangan mają zarówno właściwości półprzewodowe, jak i ferromagnetyczne.