半导体领域常用的材料种类繁多,每种材料都有其独特的特性和应用领域。按照不同的分类标准,可以将这些材料分为以下几类。
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一、元素半导体
元素半导体是由单一元素构成的半导体材料。常见的元素半导体主要有:
1.硅(Si):硅是应用最广泛的半导体材料,因为其性质稳定,易于加工,且成本相对较低。硅的禁带宽度适中,使其在室温下具有良好的半导体特性。硅材料可以制成单晶硅、多晶硅、非晶硅等形式,其中单晶硅在制造集成电路方面应用最广泛。
2.锗(Ge):锗也是一种常见的半导体材料,其禁带宽度小于硅,因此在某些高频应用中比硅更具优势。
3.硒(Se):硒在电子照明和光电领域中有所应用。
二、无机化合物半导体
无机化合物半导体是由两种或多种元素通过化学键结合形成的半导体材料。根据元素组成和化合方式的不同,无机化合物半导体可以分为二元系、三元系和多元系化合物半导体。
1.二元系化合物半导体
Ⅲ-Ⅴ族
如砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)等。其中,砷化镓具有更高的电子迁移率,适用于高速电子设备,如雷达和卫星通信系统;磷化镓具有高电导率和高光电转换效率,可应用于制造太阳能电池、光电探测器等。
Ⅱ-Ⅵ族
如硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化锌(ZnTe)、硫化锌(ZnS)等。
Ⅳ-Ⅵ族
如硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)等。
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Ⅳ-Ⅳ族
如碳化硅(SiC)。碳化硅被誉为功率半导体的“明珠”,因其优异的材料特性,可以满足功 率电子技术对高温、高功率、高压、高频及抗辐射等恶劣工作条件的新要求。
2.三元系和多元系化合物半导体
主要为三元和多元固溶体,如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。
三、有机化合物半导体
有机化合物半导体是指含有碳键的有机化合物形成的半导体材料。已知的有机半导体有几十种,如萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等。然而,这些有机半导体材料目前仍处于研究阶段,尚未得到广泛应用。
四、非晶态与液态半导体
非晶态半导体(又称无定形半导体或玻璃半导体)和液态半导体是相对于晶态半导体而言的。它们不具有严格周期性排列的晶体结构,但在某些方面表现出半导体特性。非晶态半导体主要用于太阳能电池和液晶显示屏等领域;液态半导体则在某些特殊应用中发挥作用。
五、其他半导体材料
除了上述常见的半导体材料外,还有一些其他半导体材料如氧化锌(ZnO)、金刚石(C,但在这里特指其作为半导体材料的形态)等。氧化锌因其独特的电子和光学特性,在光电子和功率电子领域有广泛应用;金刚石则是一种宽禁带的半导体材料,具有极高的热稳定性和机械强度,适用于极端环境下的电子器件。