半導體材料

半導體材料是一類固體材料，其導電性介於導體和絕緣體之間，屬於半導體。

此條目介紹的是半導體在材料科學和半導體產業方面的發展、分類。關於半導體的物理原理，請見「半導體」。

發展

• 1833年，英國的法拉第發現硫化銀是半導體材料，因為它的電阻隨着溫度上升而降低。
• 1874年，德國的布勞恩注意到硫化物的電導率與所加電壓的方向有關，這就是半導體的整流作用。
• 1947年12月23日，巴丁與布拉坦進一步使用點接觸電晶體製作出一個語音放大器，電晶體正式發明。
• 1958年9月12日，美國的基爾比，細心地切了一塊鍺作為電阻，再用一塊pn接面做為電容，製造出一個震盪器電路。

分類

以原料分為：

• 元素半導體材料：以單一元素組成的半導體，屬於這一材料的有硼、金剛石、鍺、矽、灰錫、銻、硒、碲等，其中以鍺、矽、錫研究較早，製備製程相對成熟。
• 化合物半導體材料：由兩種或兩種以上無機物化合成的半導體，種類繁多，已知的二元化合物就有數百種。
  • 三五半導體：由Ⅲ族元素（如Al、Ga、In）和Ⅴ族元素（如P、As、Sb）組成，比如砷化鎵（GaAs）；它們都具有閃鋅礦結構，在應用方面僅次於Ge、Si。
  • 二六半導體：ⅡB族元素（如Zn、Cd、Hg）和Ⅵ族元素（如S、Se、Te）組成的化合物，是一些重要的光電材料；硫化鋅（ZnS）、碲化鎘（CdTe）、碲化汞（HgTe）具有閃鋅礦結構。
  • 四四半導體：碳化矽（SiC）和矽鍺合金都具有閃鋅礦結構。
• 有機半導體：同時是有機物質的半導體。

列表

半導體材料列表

族	元素		化學式	能隙 (eV)	直接帶隙和間接帶隙
IV	1	矽	Si	1.12[1][2]	間接帶隙
IV	1	Germanium	Ge	0.67[1][2]	間接帶隙
IV	1	Material properties of diamond（英語：Material properties of diamond）	C	5.47[1][2]	間接帶隙
IV	1	錫, α-Sn	Sn	0[3][4]	半金屬 (能帶理論)
IV	2	碳化矽, 3C-SiC	SiC	2.3[1]	間接帶隙
IV	2	碳化矽, 4H-SiC	SiC	3.3[1]	間接帶隙
IV	2	碳化矽, 6H-SiC（英語：6H-SiC）	SiC	3.0[1]	間接帶隙
VI	1	硫, 硫的同素異形體	S8	2.6[5]
VI	1	硒	Se	1.83 - 2.0[6]	間接帶隙
VI	1	硒	Se	2.05	間接帶隙
VI	1	碲	Te	0.33[7]
III-V	2	氮化硼, cubic	BN	6.36[8]	間接帶隙
III-V	2	氮化硼, hexagonal	BN	5.96[8]	quasi-direct
III-V	2	氮化硼	BN	5.5[9]
III-V	2	磷化硼	BP	2.1[10]	間接帶隙
III-V	2	砷化硼	BAs	1.82	直接帶隙
III-V	2	砷化硼	B12As2	3.47	間接帶隙
III-V	2	氮化鋁	AlN	6.28[1]	直接帶隙
III-V	2	磷化鋁	AlP	2.45[2]	間接帶隙
III-V	2	砷化鋁	AlAs	2.16[2]	間接帶隙
III-V	2	銻化鋁	AlSb	1.6/2.2[2]	直接帶隙/direct
III-V	2	氮化鎵	GaN	3.44[1][2]	直接帶隙
III-V	2	磷化鎵	GaP	2.26[1][2]	間接帶隙
III-V	2	Gallium arsenide（英語：Gallium arsenide）	GaAs	1.42[1][2]	直接帶隙
III-V	2	銻化鎵	GaSb	0.73[1][2]	直接帶隙
III-V	2	氮化銦	InN	0.7[1]	直接帶隙
III-V	2	磷化銦	InP	1.35[1]	直接帶隙
III-V	2	砷化銦	InAs	0.36[1]	直接帶隙
III-V	2	銻化銦	InSb	0.17[1]	直接帶隙
II-VI	2	硒化鎘	CdSe	1.74[2]	直接帶隙
II-VI	2	硫化鎘	CdS	2.42[2]	直接帶隙
II-VI	2	碲化鎘	CdTe	1.49[2]	直接帶隙
II-VI	2	氧化鋅	ZnO	3.37[2]	直接帶隙
II-VI	2	硒化鋅	ZnSe	2.7[2]	直接帶隙
II-VI	2	硫化鋅	ZnS	3.54/3.91[2]	直接帶隙
II-VI	2	碲化鋅	ZnTe	2.3[2]	直接帶隙
I-VII	2	氯化亞銅	CuCl	3.4[11]	直接帶隙
I-VI	2	Copper sulfide（英語：Copper sulfide）	Cu2S	1.2[10]	間接帶隙
IV-VI	2	硒化鉛	PbSe	0.26[7]	直接帶隙
IV-VI	2	硫化鉛	PbS	0.37[12]
IV-VI	2	碲化鉛	PbTe	0.32[1]
IV-VI	2	硫化亞錫	SnS	1.3/1.0[13]	直接帶隙/間接帶隙
IV-VI	2	二硫化錫	SnS2	2.2[14]
IV-VI	2	碲化亞錫	SnTe	0.18
IV-VI	3	Lead tin telluride（英語：Lead tin telluride）	Pb1−xSnxTe	0-0.29
V-VI	2	碲化鉍	Bi2Te3	0.13[1]
II-V	2	磷化鎘	Cd3P2	0.5[15]
II-V	2	砷化鎘	Cd3As2	0
II-V	2	磷化鋅	Zn3P2	1.5[16]	直接帶隙
II-V	2	二磷化鋅	ZnP2	2.1[17]
II-V	2	砷化鋅	Zn3As2	1.0[18]
II-V	2	銻化鋅	Zn3Sb2
氧	2	二氧化鈦, 銳鈦礦	TiO2	3.20[19]	間接帶隙
氧	2	二氧化鈦, 金紅石	TiO2	3.0[19]	直接帶隙
氧	2	二氧化鈦, 板鈦礦	TiO2	3.26[19]
氧	2	氧化亞銅	Cu2O	2.17[20]
氧	2	氧化銅	CuO	1.2
氧	2	二氧化鈾	UO2	1.3
氧	2	二氧化錫	SnO2	3.7
氧	3	鈦酸鋇	BaTiO3	3
氧	3	鈦酸鍶	SrTiO3	3.3
氧	3	鈮酸鋰	LiNbO3	4
V-VI	2	monoclinic 二氧化釩	VO2	0.7[21]	光學帶隙
	2	碘化鉛	PbI2	2.4[22]
	2	二硫化鉬	MoS2	1.23 eV (2H)[23]	間接帶隙
	2	Gallium(II) selenide（英語：Gallium(II) selenide）	GaSe	2.1	間接帶隙
	2	硒化銦	InSe	1.26-2.35 eV[24]	直接帶隙 (2D間接帶隙)
	2	硫化亞錫	SnS	>1.5 eV	直接帶隙
	2	硫化鉍	Bi2S3	1.3[1]
Magnetic, diluted (DMS)[25]	3	Gallium manganese arsenide（英語：Gallium manganese arsenide）	GaMnAs
Magnetic, diluted (DMS)	3	Lead manganese telluride	PbMnTe
	4	Lanthanum calcium manganate	La0.7Ca0.3MnO3
	2	氧化亞鐵	FeO	2.2 [26]
	2	一氧化鎳	NiO	3.6–4.0	直接帶隙[27][28]
	2	Europium(II) oxide（英語：Europium(II) oxide）	EuO
	2	硫化亞銪	EuS
	2	溴化鉻	CrBr3
其它	3	Copper indium selenide（英語：Copper indium selenide）, CIS	CuInSe2	1	直接帶隙
其它	3	Silver gallium sulfide	AgGaS2
其它	3	Zinc silicon phosphide	ZnSiP2	2.0[10]
其它	2	三硫化二砷 雌黃	As2S3	2.7[29]	直接帶隙
其它	2	硫化砷 雄黃	As4S4
其它	2	Platinum silicide（英語：Platinum silicide）	PtSi
其它	2	碘化鉍	BiI3
其它	2	碘化汞	HgI2
其它	2	溴化亞鉈	TlBr	2.68[30]
其它	2	硫化銀	Ag2S	0.9[31]
其它	2	Iron disulfide（英語：Iron disulfide）	FeS2	0.95[32]
其它	4	Copper zinc tin sulfide（英語：Copper zinc tin sulfide）, CZTS	Cu2ZnSnS4	1.49	直接帶隙
其它	4	Copper zinc antimony sulfide（英語：Copper zinc antimony sulfide）, CZAS	Cu1.18Zn0.40Sb1.90S7.2	2.2[33]	直接帶隙
其它	3	Copper tin sulfide, CTS	Cu2SnS3	0.91[10]	直接帶隙

合金表

半導體材料合金列表

族	元素	材料	化學式	能隙 (eV)		直接帶隙和間接帶隙
				下	上
IV-VI	3	Lead tin telluride（英語：Lead tin telluride）	Pb1−xSnxTe	0	0.29
IV	2	矽鍺	Si1−xGex	0.67	1.11[1]	直接帶隙/間接帶隙
IV	2	Silicon-tin（英語：Silicon-tin）	Si1−xSnx	1.0	1.11	間接帶隙
III-V	3	Aluminium gallium arsenide（英語：Aluminium gallium arsenide）	AlxGa1−xAs	1.42	2.16[1]	直接帶隙/間接帶隙
III-V	3	Indium gallium arsenide（英語：Indium gallium arsenide）	InxGa1−xAs	0.36	1.43	直接帶隙
III-V	3	磷化銦鎵	InxGa1−xP	1.35	2.26	直接帶隙/間接帶隙
III-V	3	Aluminium indium arsenide（英語：Aluminium indium arsenide）	AlxIn1−xAs	0.36	2.16	直接帶隙/間接帶隙
III-V	3	Aluminium gallium antimonide（英語：Aluminium gallium antimonide）	AlxGa1−xSb	0.7	1.61	直接帶隙/間接帶隙
III-V	3	Aluminium indium antimonide（英語：Aluminium indium antimonide）	AlxIn1−xSb	0.17	1.61	直接帶隙/間接帶隙
III-V	3	Gallium arsenide nitride	GaAsN
III-V	3	Gallium arsenide phosphide（英語：Gallium arsenide phosphide）	GaAsP	1.43	2.26	直接帶隙/間接帶隙
III-V	3	Aluminium arsenide antimonide（英語：Aluminium arsenide antimonide）	AlAsSb	1.61	2.16	間接帶隙
III-V	3	Gallium arsenide antimonide（英語：Gallium arsenide antimonide）	GaAsSb	0.7	1.42[1]	直接帶隙
III-V	3	Aluminium gallium nitride（英語：Aluminium gallium nitride）	AlGaN	3.44	6.28	直接帶隙
III-V	3	Aluminium gallium phosphide（英語：Aluminium gallium phosphide）	AlGaP	2.26	2.45	間接帶隙
III-V	3	Indium gallium nitride（英語：Indium gallium nitride）	InGaN	2	3.4	直接帶隙
III-V	3	Indium arsenide antimonide（英語：Indium arsenide antimonide）	InAsSb	0.17	0.36	直接帶隙
III-V	3	Indium gallium antimonide（英語：Indium gallium antimonide）	InGaSb	0.17	0.7	直接帶隙
III-V	4	Aluminium gallium indium phosphide（英語：Aluminium gallium indium phosphide）	AlGaInP			直接帶隙/間接帶隙
III-V	4	Aluminium gallium arsenide phosphide	AlGaAsP
III-V	4	Indium gallium arsenide phosphide（英語：Indium gallium arsenide phosphide）	InGaAsP
III-V	4	Indium gallium arsenide antimonide（英語：Indium gallium arsenide antimonide）	InGaAsSb
III-V	4	Indium arsenide antimonide phosphide（英語：Indium arsenide antimonide phosphide）	InAsSbP
III-V	4	Aluminium indium arsenide phosphide	AlInAsP
III-V	4	Aluminium gallium arsenide nitride	AlGaAsN
III-V	4	Indium gallium arsenide nitride	InGaAsN
III-V	4	Indium aluminium arsenide nitride	InAlAsN
III-V	4	Gallium arsenide antimonide nitride	GaAsSbN
III-V	5	Gallium indium nitride arsenide antimonide	GaInNAsSb
III-V	5	Gallium indium arsenide antimonide phosphide（英語：Gallium indium arsenide antimonide phosphide）	GaInAsSbP
II-VI	3	碲化鋅鎘, CZT	CdZnTe	1.4	2.2	直接帶隙
II-VI	3	Mercury cadmium telluride（英語：Mercury cadmium telluride）	HgCdTe	0	1.5
II-VI	3	Mercury zinc telluride（英語：Mercury zinc telluride）	HgZnTe	0	2.25
II-VI	3	Mercury zinc selenide	HgZnSe
II-V	4	Zinc cadmium phosphide arsenide（英語：Zinc cadmium phosphide arsenide）	(Zn1−xCdx)3(P1−yAsy)2[34]	0[35]	1.5[36]
其它	4	Copper indium gallium selenide（英語：Copper indium gallium selenide）, CIGS	Cu(In,Ga)Se2	1	1.7	直接帶隙

參見

• 有機半導體

參考文獻

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