4.2. Полупроводники

Это особая категория неметаллических, неорганических материа­лов. К ним относятся основные материалы микроэлектроники, такие как кремний, германий, селен, расположенные в центре периодической таб­лицы. К полупроводникам относятся и многие соединения с алмазоподобной решеткой, такие как GaAs, InSb, CdTe, ZnS и др.

В структурах алмаза, кремния, германия и алмазоподобных соеди­нений сильным ковалентным -связям вдоль направлений <111> отве­чают максимальные значения модулей упругости . Однако, в отли­чие от металлов, для этого класса материалов наиболее важны не меха­нические, а электрофизические свойства. Определение полупроводника трудно представить до рассмотрения электронной зонной теории кри­сталлических твердых тел. Можно сказать, что полупроводники - это изоляторы, в которых запрещенная зона между состояниями валентных электронов (валентная зона) и электронными состояниями, ответствен­ными за электропроводность (зона проводимости), значительно меньше, чем в обычных изоляторах, и может быть преодолена при наличии оп­ределенных условий, например, с помощью теплового возбуждения. Поэтому, в отличие от металлов, электропроводность полупроводников растет с температурой.

У каждого типа полупроводниковых соединений с ростом моляр­ной массы (вниз по периодической системе) растет размер атомов, а в результате увеличивается постоянная решетки, уменьшается энергия связи и растет ширина запрещенной зоны.

Для получения диодов, транзисторов и других приборов электрон­ной техники к чистым полупроводникам добавляют определенные при­меси. В зависимости от вида примеси можно получить две разновидно­сти полупроводников (n- и p -типа), которые проводят электрический ток лучше чистых полупроводников. Электронная проводимость любо­го полупроводника n-типа основана на свободных электронах, т.е. она подобна проводимости металлов. Электронная проводимость любого полупроводника р-типа обусловлена наличием, так называемых дырок, которые можно рассматривать как фиктивные положительные частицы, поскольку они представляют собой места в кристаллической решетке, где отсутствуют валентные электроны.

Таким образом, полупроводники - широкий класс веществ, в которых концентрация подвижных носителей заряда значительно ниже, чем кон­центрация атомов и может изменяться под влиянием температуры, освеще­ния или относительно малого количества примесей. Полупроводники слу­жат основной материальной базой развития ведущих направлений в разра­ботке композитов для электронной промышленности, совершенствовании твердотельной электроники и создании новых типов компьютеров.