วัสดุสารกึ่งตัวนำชนิดต่าง ๆ มีอะไรบ้าง?

เซมิคอนดักเตอร์เป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยและเป็นหนึ่งในหน่วยการสร้างพื้นฐานของเทคโนโลยีที่ทันสมัย เพื่อให้เหมาะกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สารต้องมีค่าการนำไฟฟ้าที่อยู่ระหว่างฉนวนซึ่งมีไฟฟ้าน้อยมากและตัวนำซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ง่ายมาก สารกึ่งตัวนำส่วนใหญ่เป็นผลึกอนินทรีย์ของแข็งแม้ว่าสารกึ่งตัวนำที่ทำจากของแข็งและของเหลวอสัณฐานก็มีอยู่เช่นกัน วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป ได้แก่ ซิลิคอนแกลเลียมอาร์เซไนด์และแกลเลียมไนไตรด์ นอกเหนือจากวัสดุหลักเหล่านี้แล้วสารกึ่งตัวนำมักจะมีสารอื่น ๆ จำนวนเล็กน้อยที่รู้จักกันในชื่อสารเจือ

การนำไฟฟ้าของวัสดุสารกึ่งตัวนำสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยขึ้นอยู่กับพลังงานไฟฟ้าสนามแม่เหล็กหรือสิ่งเร้าอื่น ๆ ที่เพิ่มระดับพลังงานของอิเล็กตรอนของวัสดุทำให้บางส่วนเคลื่อนที่จากแถบพลังงานต่ำไปเป็นพลังงานที่สูงขึ้นน้อยลง วงการนำแออัด สิ่งนี้จะช่วยให้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานเคลื่อนที่ผ่านวัสดุได้อย่างอิสระมากขึ้นในขณะที่สร้างช่องว่างที่มีประจุบวกในแถบวาเลนซ์ที่เรียกว่าหลุมอิเล็กตรอน สิ่งนี้ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเซมิคอนดักเตอร์ โดยการจัดการความนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์มันสามารถใช้เป็นสวิตช์ อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ยังใช้สำหรับการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์และเซ็นเซอร์ตรวจจับแสงเนื่องจากสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าเมื่อมีกระแสโฟตอนของแสงเข้ามาอย่างเหมาะสม

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันมากที่สุดคือซิลิกอนองค์ประกอบที่ 14 บนตารางธาตุและเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก สารกึ่งตัวนำซิลิกอนส่วนใหญ่มีโครงสร้างผลึกปกติซึ่งอะตอมของพวกมันถูกจัดเรียง แต่สามารถใช้แบบ noncrystalline หรือ amorphous ได้ สารกึ่งตัวนำซิลิคอนอสัณฐานมีประสิทธิภาพการทำงานที่ด้อยกว่าเมื่อเทียบกับผลึกซิลิกอน แต่ซิลิคอนอสัณฐานสามารถสะสมในชั้นที่บางกว่าซึ่งสามารถลดต้นทุนวัสดุได้

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่พบมากที่สุดต่อไปคือสารประกอบแกลเลียม arsenide (GaAs) แกลเลียมอาร์เซนไซด์นั้นเหนือกว่าซิลิคอนในหลายประการเช่นการสลับที่เร็วกว่าและการต้านทานความร้อนที่มากขึ้น นอกจากนี้ยังมีค่าใช้จ่ายและยากต่อการประมวลผลมากขึ้นและมักจะใช้สำหรับแอปพลิเคชันที่ซิลิคอนไม่เพียงพอเท่านั้น นอกจากนี้ยังทนทุกข์ทรมานจากการใช้พลังงานที่สูงขึ้น แกลเลียมอาร์ไซด์เป็นที่นิยมใช้เพื่อวัตถุประสงค์เช่นอิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูงและเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูง

สารประกอบแกลเลียมอื่นที่ใช้สำหรับเซมิคอนดักเตอร์คือแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ซึ่งสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิและแรงดันสูงมากและมักจะใช้สำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับไมโครเวฟ แกลเลียมไนไตรด์ยังใช้ในไดโอดเปล่งแสง (LED) และเลเซอร์ไดโอดความถี่สูงรวมถึงเรดาร์ทางทหาร นอกจากนี้ยังสามารถนำมารวมกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อีกชนิดหนึ่งคืออินเดียมไนไตรด์ (InN) เพื่อผลิตส่วนผสมที่เรียกว่าอินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ อินเดียมแกลเลียมไนไตรด์มักใช้ในหลอด LED และยังเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพอย่างมากสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์

เซมิคอนดักเตอร์มักมีสารเจือปนจำนวนเล็กน้อยเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัตินำไฟฟ้าตามฟังก์ชั่น สารเจือปนทั่วไปในซิลิคอนประกอบด้วยธาตุโบรอนฟอสฟอรัสและสารหนู แกลเลียม arsenide และแกลเลียมไนไตรด์เจือด้วยโลหะเช่นแมงกานีสมีทั้งเซมิคอนดักเตอร์และคุณสมบัติ ferromagnetic