Vilka är de olika typerna av halvledarmaterial?

Halvledare är väsentliga komponenter i moderna elektroniska enheter och också är en av de grundläggande byggstenarna för modern teknik.För att vara lämplig som ett halvledarmaterial måste ett ämne ha elektrisk konduktivitet som ligger mellan isolatorer, som leder mycket lite elektricitet, och ledare, vilket gör att elektricitet kan flyta mycket enkelt.De flesta halvledarmaterial är kristallina oorganiska fasta ämnen, även om halvledare tillverkade av amorfa fasta ämnen och vätskor finns också.Vanliga halvledarmaterial inkluderar kisel, galliumarsenid och galliumnitrid, även om andra också finns.Förutom dessa primära material innehåller halvledare ofta också små mängder andra ämnen, kända som dopanter.

En halvledande materialkonduktivitet kan ökas genom att utsätta det för elektrisk energi, magnetfält eller andra stimuli som ökar energinivåerna för materialetMaterialelektroner, vilket får några av dem att flytta från lågenergivalensbandet till högre energi, mindre trångt ledningsband.Detta gör det möjligt för de energiska elektronerna att röra sig mer fritt genom att skapa positivt laddade luckor i valensbandet som kallas elektronhål.Detta gör att el kan flyta genom halvledaren.Genom att manipulera en halvledares konduktivitet kan den användas som en switch.Halvledare används också för solenergiproduktion och ljusdetekterande sensorer, eftersom de kan producera ett flöde av elektrisk ström när det är lämpligt aktiverat genom inkommande fotoner av ljus.

Det mest använda halvledarmaterialet är kisel, det 14: e elementet på periodiska bordetoch ett av de vanligaste elementen i jordskorpan.De flesta kiselhalvledare har en regelbunden kristallin struktur där deras atomer är arrangerade, men icke -kristallina, eller amorfa kisel kan också användas.Amorfa kiselförledare har underlägsen prestanda jämfört med kristallint kisel, men amorft kisel kan deponeras i mycket tunnare lager, vilket kan minska materialkostnaden.

Det näst vanligaste halvledarmaterialet är det sammansatta galliumarsenid (GaAs).Galliumarsenid är överlägsen kisel i ett antal avseenden, såsom snabbare växling och större motstånd mot värme.Det är också dyrare och svårare att bearbeta, och så används det vanligtvis endast för applikationer där kisel är otillräcklig.Det lider också av högre kraftförbrukning.Galliumarsenid används ofta för ändamål såsom höghastighetselektronik och högeffektiv fotovoltaiska celler.

En annan galliumförening som används för halvledare är galliumnitrid (GaN), som kan fungera vid mycket höga temperaturer och spänningar och så används ofta för för förapplikationer som involverar mikrovågor.Galliumnitrid används också i ljusemitterande dioder (lysdioder) och högfrekventa laserdioder samt vissa militära radar.Det kan också kombineras med ett annat halvledarmaterial, indiumnitrid (Inn), för att producera en blandning som kallas indium galliumnitrid.Indium galliumnitrid används vanligtvis i lysdioder och kan också vara ett extremt effektivt material för solceller.

Halvledare innehåller ofta små mängder dopmedel för att ändra sina ledande egenskaper enligt deras funktion.Vanliga dopanter i kisel inkluderar elementen bor, fosfor och arsenik.Galliumarsenid och galliumnitrid dopade med metaller som mangan har både halvledande och ferromagnetiska egenskaper.