Классификация полупроводниковых материалов
Полупроводник - это вещество, основным свойством которого является сильная зависимость его электропроводности от воздействия внешних факторов.
Полупроводники представляют собой большое количество как элементов, так и химических соединений. Полупроводниковыми свойствами обладают как неорганические, так и органические вещества, кристаллические и аморфные, твердые и жидкие, магнитные и немагнитные.
Использующиеся в практике полупроводниковые материалы могут быть подразделены на простые полупроводники, полупроводниковые химические соединения, многофазные полупроводниковые материалы.
К простым полупроводникам относятся 12 элементов системы Д. И. Менделеева: В, С (алмаз), Si, Ge, a-Sn, P, As, Sb, S, Se, Te, J. Однако для современной техники особое применение находят германий и кремний (реже селен).
Полупроводниковыми химическими соединениями являются соединения элементов различных групп таблицы Д.И. Менделеева, соответствующие общим формулам Аm Вn .
К ним относятся такие, как: химические соединения типа АIIIВV( арсенид и фосфид галлия, индия; антимониды индия, галлия; нитриды галлия). Из соединений АIVВIV - прежде всего карбид кремния. Из соединений АIIВVI - сульфиды цинка, кадмия, ртути; селениды и теллуриды цинка, кадмия, ртути. Из соединений АIVВVI - прежде всего сульфиды, селениды и теллуриды свинца. Из твердых растворов наиболее распространены соединения типа АIIIВV: GaxAl1-xAs, GaxIn1-xAs; GaAsxPx; InPxAs1-x и прочие, а также твердые растворы типа АIIВVI, например, GdxHg1-xTe.
К многофазным полупроводниковым материалам можно отнести материалы с полупроводящей или проводящей фазой из карбида кремния, графита и т.п., сцепленных керамической или другой связкой.
В зависимости от степени чистоты полупроводники подразделяются на собственные и примесные.
Собственный полупроводник - это полупроводник без донорных и акцепторных примесей или с концентрацией примеси настолько малой, что она не оказывает существенного влияния на удельную проводимость полупроводника. В собственном полупроводнике при температуре абсолютного нуля валентная зона полностью заполнена электронами, а зона проводимости свободна от электронов, то есть он ведет себя при абсолютном нуле как диэлектрик.
При температурах, больше 0 К имеет место вероятность того, что некоторые валентные электроны за счет тепловых флюктуаций могут преодолеть запрещенную зону и попасть в зону проводимости. При этом в валентной зоне возникают свободные дырки, то есть разорванная связь. Для собственных полупроводников количество свободных электронов равняется количеству свободных дырок:
n = p; n + p = 2ni (4.1)
где n, p - концентрация свободных электронов и дырок
ni – концентрация собственных носителей заряда.
Примесным полупроводником называют такой полупроводник, электрофизические свойства которого определяются примесью. Вследствие того, что количество примесей мало, а расстояние между атомами примеси велико, то их электронные оболочки не взаимодействуют между собою. Поэтому примесные уровни являются дискретными, то есть не расщепляются в зону, как это имеет место для собственных атомов кристаллической решетки.