什么是半导体材料：类型及其应用
半导体是使用具有不同性质的不同材料形成的。因此，半导体中使用的材料是内在的和外在的。本征半导体材料化学性质非常纯，具有较低的导电性。。。
半导体是使用具有不同性质的不同材料形成的。因此，半导体中使用的材料是内在的和外在的。内在的半导体材料化学性质非常纯，具有较低的导电性&包括较少数量的电荷载流子，而非本征材料的纯度较低，并且使用掺杂来制造额外或不足的电子。本征半导体被称为P型，而非本征半导体则被称为N型半导体。因此，N型半导体中的电子过剩，而P型半导体中电子短缺。本文讨论了半导体材料的概况、材料清单及其应用。
什么是半导体材料？
在导体和绝缘体之间具有导电性的材料被称为半导体材料。这些是纯元素，如硅（Si）或锗（Ga），或砷化镓（GaAs）或硒化镉（CdSe）等化合物。在纯半导体的掺杂过程中，可以添加少量杂质，使材料的导电性发生巨大变化。
材料的导电性主要介于绝缘体和导体的导电性之间。半导体材料具有一些有用的特性，可用于晶体管、二极管等固态器件的设计。
周期表中的半导体材料
在化学元素周期表中，半导体材料可分为不同的组。因此，这些材料的性质与它们的原子特性有关，也因组而异。设计师和研究人员利用这些差异的优势来加强设计，并为所需的应用选择最佳材料。
半导体材料是半导体中的原子，这些原子可从周期表中的不同族中作为III族和V族的组合或IV族或II族和VI族的组合获得。在周期表中，不同的半导体是用来自几个族的不同材料设计的，但它们的性质在不同的半导体之间不同。
在元素周期表中，硅（Si）材料是IV族元素，它是最常用的半导体材料，因为它形成了IC或集成电路的基底。因此，大多数太阳能电池都是硅基的。元素周期表中半导体材料的图表如下所示。
在周期表部分中，常见的半导体材料如上图所示。
通常，半导体是单一元素，如硅、锗、化合物，如GaAs、CdTe/InP，或合金，如AlxGa（1-x）As/SixGe（1-x。
半导体材料清单
下面将讨论半导体材料的列表。
锗（Ge）
像锗这样的半导体材料来自元素周期表中的第IV族。这种材料被用于从二极管到早期晶体管的早期器件中。二极管显示出温度系数和更高的反向导电性，因此早期的晶体管可能会经历热失控。与硅相比，它提供了优越的电荷载流子迁移率，因此在一些基于RF的设备中使用。
硅（S）
硅材料是化学元素周期表中的IV族元素，是最常用的半导体材料。这些材料制造非常简单，并具有最佳的机械和电气性能。当这些材料用于IC时，它会形成高质量的二氧化硅，用于芯片的各种有源元件之间的绝缘层in。
砷化镓
砷化镓半导体是继硅之后使用最广泛的材料，是元素周期表中的III-V族元素。它被广泛用于基于高性能的RF器件，其中使用该元件的高电子迁移率。在其他III-V族半导体中，它也被用作GaInNAs和InGaAs等衬底。与硅相比，这种材料具有较小的空穴迁移率。它的制造也相当复杂，也增加了GaAs器件的成本。
碳化硅（SiC）
碳化硅材料是元素周期表中的IV族元素。这些元件用于功率器件中，与硅基器件相比，它们的损耗要小得多，工作温度也很高。与硅相比，这种材料具有十倍以上的击穿能力。碳化硅材料形式用于蓝色和黄色LED。
氮化镓（GaN）
氮化镓或GaN材料是元素周期表中的III-V族元素。它最广泛地用于需要最大功率和温度的微波晶体管，也用于微波IC。这种半导体材料很难掺杂以提供p型区域&也对静电放电有响应，但对电离辐射不太敏感。这种材料已用于蓝色LED。
磷化镓（GaP）
磷化镓或GaP半导体材料是元素周期表中的III-V族元素。这种材料用于早期的低亮度到中等亮度的LED，其基于掺杂剂的添加产生不同的颜色。纯GaP产生绿光，氮掺杂发出黄绿色，ZnO掺杂发出红色。
硫化镉（CdS）
硫化镉或CdS半导体材料是元素周期表中的II-VI族元素。这种材料用于太阳能电池和光刻胶。
硫化铅（PbS）
硫化铅或PbS半导体材料是元素周期表中的一种IV-VI族元素，用于早期被称为Cat’s Whiskers的无线电探测器，其中通过在方铅矿上使用细线进行信号整流来设计尖端接触。
半导体材料的类型
有两种类型的半导体材料，如下所示。
本征半导体材料
本征半导体材料的化学性质非常纯，这是其主要特征之一。因此，它的导电水平较低，电荷载流子（如等量的电子和空穴）的数量非常少。
在这种半导体材料中，电荷载流子的数量可以通过材料特性本身来确定，作为杂质的替代。因此，通电电子的数量等于空穴的数量（n=p），空穴也被称为未掺杂或i型半导体。
最常用的本征半导体材料是Si&Ge，它们的价壳层中包括4个电子，称为四价。这两种材料是元素周期表中的第IV族元素，它们的原子序数分别为14和32。
非本征半导体材料
可以通过向基本本征材料中添加少量杂质来形成非本征半导体材料。在这种材料中，可以通过向被称为掺杂的材料中添加小杂质来控制带隙。
这种“掺杂”利用了元素周期表中的一种元素，因此与半导体本身相比，它在价带内的电子更少或更多。因此，这将造成电子短缺或过剩。
根据添加杂质的类型，将非本征半导体材料分为两种类型，如P型非本征型半导体和N型非本激型半导体。
请参阅此链接了解更多关于本征和外征半导体的信息
P型非本征半导体
可以通过向纯半导体中添加少量三价杂质来形成P型非本征半导体。所添加的杂质主要包括三个价电子。例如；如果像硼（B）这样的原子被添加到锗（Ge）原子中，那么三个价电子将与锗原子连接，形成三个共价键。然而，Ge原子中的另一个电子将保留下来，而不会形成键。在一个原子中，当没有电子形成共价键时，这个空间被称为空穴。
请参阅此链接了解更多关于P型半导体的信息
N型非本征半导体
N型半导体可以通过向纯半导体中添加少量五价杂质来形成。所以，这种杂质包括五个价电子。
例如，如果像砷这样的原子被添加到“Ge”原子中，那么四个价电子将通过锗原子连接，而剩下的一个电子将保持自由。
请参阅此链接了解更多关于N型半导体的信息
半导体材料的最新创新
目前，硅半导体材料正在达到其价值的边界。因此，对新型半导体材料的研究正在进行中。下面列出了一些最新的材料创新。
- 高功率氮化镓材料因其最大的临界能量场而被用于快速功率转换、更高效的电网系统。
- 锑和铋等半导体材料被用于增强型红外传感器的军事和医疗领域。
- 石墨烯材料可以像通用半导体材料一样击败硅。
- 黄铁矿元素被用来改变地球元素，如碲化镉，用于太阳能电池，但它们的供应有限。因此，黄铁矿元素价格低廉、无毒且含量丰富。
半导体材料参数
在设计集成电路和电子器件时，必须提供有关半导体材料的信息。在制造过程开始之前，必须根据不同的参数（如电学、光学和热学）来区分半导体材料。
基本参数是载流子的导电率、迁移率、电阻率、浓度和寿命的类型。其他一些附加参数是半导体的能隙、光吸收系数、冲击电离系数和折射率。
优点和缺点
市场上有不同的半导体材料，如硅、锗、砷化镓、碳化硅、氮化镓等。每种材料都有一些优点和缺点。因此，下面将讨论这种材料的一些优点和缺点。
这个硅材料的优点是
- 硅材料成本低
- 硅具有高效率
在硅中，由于其硬度，可以非常安全地处理大型晶圆而不会造成任何伤害 - 硅在高达1100摄氏度的温度下是稳定的。
这个硅材料的缺点我是；
- 它需要结晶
- 易破碎
- 基板有限
- 生产硅晶体的成本很高。
- 生命周期短
- 产生有毒物质
这个锗材料的优点我是；
- 纯锗是灰白色、坚硬、易碎的准金属。
- 它的晶体结构像钻石
- 锗在水和空气中是恒定的
- 除硝酸外，它不受酸和碱的影响。
- 通过使用锗材料，首先，观察了晶体管的作用。因此，它是最重要的半导体材料之一。
- 原子序数高，因此它提高了伽马射线相互作用的概率。
- 大型晶体
- 这里面使用的材料是灰色金属
这个锗材料的缺点al are公司；
- 它的能量分辨率对辐射损伤有响应
- 基于较高能量的伽马射线效率较低。
应用
这个半导体材料的应用s包括以下内容。
- 半导体材料用于制造电子设备中的不同电子元件。
- 这些材料主要用于开关、能量转换、放大、传感器等。
- 常见的组件和产品由半导体材料制成，如二极管、场效应晶体管、集成电路、结型场效应晶体管，双极晶体管、LED（发光二极管）、MOSFET（金属氧化物半导体FET）、SCR（可控硅整流器）等。
- 半导体材料用于电子设备中的不同部件，这些电子设备几乎在主要行业中使用。不同的工业部门依赖于半导体材料，如能源、人工智能、通信、清洁能源、军事、医疗保健、计算和物联网。
因此，这一切都是关于半导体材料、类型及其应用的概述。我们知道有不同的半导体材料可供选择，但在不同的电子制造应用中，硅或硅比锗最常用，因为硅的能带隙为0.7ev，热对的产生更小，在自然界中很容易获得，噪音更小，SiO2的形成简单。因此，硅材料被用来制造许多电子元件，用于不同的电路，如电阻器、二极管、电容器、晶体管、开关等。这里有一个问题要问你，半导体材料的特性是什么？
