半導体材料の種類は何ですか？

半導体は、最新の電子機器の不可欠なコンポーネントであり、最新技術の基本的な構成要素の1つです。 半導体材料として適切であるためには、物質は、電気をほとんど伝導しない絶縁体と、電気を非常に簡単に流すことができる導体の間にある電気伝導率を持っている必要があります。 ほとんどの半導体材料は結晶性無機固体ですが、アモルファスの固体と液体から作られた半導体も存在します。 一般的な半導体材料には、シリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウムが含まれますが、他の材料も存在します。 これらの主要な材料に加えて、半導体には、ドーパントとして知られる少量の他の物質も含まれていることがよくあります。

半導体材料の導電率は、電気エネルギー、磁場、または材料の電子のエネルギーレベルを増加させる他の刺激にさらすことにより増加させることができ、それらの一部を低エネルギー価電子帯から高エネルギーに移動させます混み合った伝導帯。 これにより、エネルギーを帯びた電子が材料内をより自由に移動できるようになり、電子ホールと呼ばれる価電子帯に正に帯電したギャップができます。 これにより、半導体に電気が流れるようになります。 半導体の導電率を操作することで、スイッチとして使用できます。 また、半導体は太陽光の発生と光検出センサーにも使用されます。これは、入射する光子によって適切にエネルギーが供給されると電流が流れるためです。

最も一般的に使用される半導体材料は、周期表で14番目の元素であり、地球の地殻で最も一般的な元素の1つであるシリコンです。 ほとんどのシリコン半導体は、原子が配置された規則的な結晶構造を持っていますが、非結晶シリコンまたはアモルファスシリコンも使用できます。 アモルファスシリコン半導体は、結晶シリコンに比べて性能が劣りますが、アモルファスシリコンははるかに薄い層で堆積できるため、材料コストを削減できます。

次に最も一般的な半導体材料は、化合物ガリウム砒素（GaAs）です。 ヒ化ガリウムは、スイッチングの高速化や耐熱性の向上など、多くの点でシリコンよりも優れています。 ただし、コストがかかり、処理が難しくなるため、通常、シリコンが不十分なアプリケーションにのみ使用されます。 また、消費電力が高くなります。 ガリウムヒ素は、一般的に高速電子機器や高効率太陽電池などの目的に使用されます。

半導体に使用される別のガリウム化合物は窒化ガリウム（GaN）です。これは非常に高い温度と電圧で機能するため、マイクロ波が関与するアプリケーションによく使用されます。 窒化ガリウムは、発光ダイオード（LED）や高周波レーザーダイオード、一部の軍事レーダーにも使用されています。 また、別の半導体材料である窒化インジウム（InN）と組み合わせて、窒化インジウムガリウムと呼ばれる混合物を生成することもできます。 窒化インジウムガリウムは、LEDで一般的に使用されており、太陽電池の非常に効率的な材料でもあります。

半導体は、機能に応じて導電特性を変えるために、しばしば少量のドーパントを含んでいます。 シリコンの一般的なドーパントには、ホウ素、リン、ヒ素などの元素が含まれます。 マンガンなどの金属をドープしたヒ化ガリウムおよび窒化ガリウムは、半導体特性と強磁性特性の両方を備えています。