半導(dǎo)體（ semiconductor），指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體（conductor）與絕緣體（insulator）之間的材料。半導(dǎo)體在收音機(jī)、電視機(jī)以及測(cè)溫上有著廣泛的應(yīng)用。如二極管就是采用半導(dǎo)體制作的器件。半導(dǎo)體是指一種導(dǎo)電性可受控制，范圍可從絕緣體至導(dǎo)體之間的材料。無(wú)論從科技或是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)看，半導(dǎo)體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話或是數(shù)字錄音機(jī)當(dāng)中的核心單元都和半導(dǎo)體有著極為密切的關(guān)連。常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，而硅更是各種半導(dǎo)體材料中，在商業(yè)應(yīng)用上最具有影響力的一種。

鍺和硅是最常用的元素半導(dǎo)體;化合物半導(dǎo)體包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（ 硫化鎘、硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅的氧化物），以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。

具有半導(dǎo)體特性的元素，如硅、鍺、硼、硒、碲、碳、碘等組成的材料。其導(dǎo)電能力介乎導(dǎo)體和絕緣體之間。。主要采用直拉法、區(qū)熔法或外延法制備。工業(yè)上應(yīng)用最多的是硅、鍺、硒。用于制作各種晶體管、整流器、集成電路、太陽(yáng)能電池等方面。其他硼、碳（金剛石、石墨）、碲、碘及紅磷、灰砷、灰銻、灰鉛、硫也是半導(dǎo)體，但都尚未得到應(yīng)用。

在元素周期表的ⅢA族至ⅦA族分布著11種具有半導(dǎo)性的元素，下表的黑框中即這11種元素半導(dǎo)體，其中C表示金剛石。C、P、Se具有絕緣體與半導(dǎo)體兩種形態(tài);B、Si、Ge、Te具有半導(dǎo)性；Sn、As、Sb具有半導(dǎo)體與金屬兩種形態(tài)。P的熔點(diǎn)與沸點(diǎn)太低，Ⅰ的蒸汽壓太高、容易分解，所以它們的實(shí)用價(jià)值不大。As、Sb、Sn的穩(wěn)定態(tài)是金屬，半導(dǎo)體是不穩(wěn)定的形態(tài)。B、C、Te也因制備工藝上的困難和性能方面的局限性而尚未被利用。因此這11種元素半導(dǎo)體中只有Ge、Si、Se 3種元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半導(dǎo)體材料中應(yīng)用最廣的兩種材料。

元素半導(dǎo)體舉例

硅和鍺是我們最熟悉的元素半導(dǎo)體。鍺是最早實(shí)現(xiàn)提純和完美晶體生長(zhǎng)，并最早用來(lái)制造晶體管的半導(dǎo)體材料。但是，由于鍺的禁帶較窄，鍺器件的穩(wěn)定工作溫度遠(yuǎn)不如硅器件高，加之資源有限，其重要地位早在半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展初期就被硅所取代。目前，鍺僅以其較高的載流子遷移率和在某些重?fù)诫s情況下的高度紅外敏感特性，在低頻小功率晶體管以及遠(yuǎn)紅外探測(cè)器等方面維持著有限的應(yīng)用。最近，由于半導(dǎo)體能帶工程研究的興起，鍺硅合金因其能帶結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要而改變受到普遍重視，鍺作為這種合金的主要成分而得到新的應(yīng)用。

硅以其優(yōu)越的物理性質(zhì)、成熟而較為容易的制備方法以及地球上豐富的資源而成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的元素半導(dǎo)體。硅在地殼中的資源含量約為27%，因而自20世紀(jì)50年代末起，隨著提純和晶體生長(zhǎng)技術(shù)以及硅平面工藝的發(fā)展，硅很快就在半導(dǎo)體工業(yè)中取代了鍺的位置。到目前為止，二極管、晶體管和集成電路的制造，仍然是半導(dǎo)體工業(yè)的核心內(nèi)容，而晶體硅則是制造這些器件的最主要材料。

硅在半導(dǎo)體工業(yè)中獲得最廣泛的應(yīng)用，這在很大程度上得益于二氧化硅的特殊性質(zhì)。首先，二氧化硅薄膜層能夠有效地掩蔽大多數(shù)重要的受主和施主雜質(zhì)的擴(kuò)散，從而為器件制造工藝中的選擇擴(kuò)散提供了最理想的掩膜，使器件的集合圖形可以得到精確的控制；其次，有氧化膜的硅表面比自由表面有更好的電特性，因而硅器件比較容易解決表面的鈍化問(wèn)題，容易使器件特性獲得良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性；此外，由于二氧化硅是一種性能很穩(wěn)定的絕緣體，將它夾在硅與金屬之間構(gòu)成的金屬一氧化物一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。是MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基礎(chǔ)，這是一種只利用多數(shù)載流子工作的單極性器件。由于化合物半導(dǎo)體材料的氧化物在性質(zhì)上都存在著一些尚難克服的短處，硅MOSFET是目前唯一能夠普遍應(yīng)用的MOS器件。

半導(dǎo)體材料有什么優(yōu)勢(shì)

半導(dǎo)體材料是室溫下導(dǎo)電性介于導(dǎo)電材料和絕緣材料之間的一類功能材料。靠電子和空穴兩種載流子實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，室溫時(shí)電阻率一般在10-5～107歐·米之間。通常電阻率隨溫度升高而增大；若摻入活性雜質(zhì)或用光、射線輻照，可使其電阻率有幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。1906年制成了碳化硅檢波器。

1947年發(fā)明晶體管以后，半導(dǎo)體材料作為一個(gè)獨(dú)立的材料領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展，并成為電子工業(yè)和高技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少的材料。特性和參數(shù)半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性對(duì)某些微量雜質(zhì)極敏感。純度很高的半導(dǎo)體材料稱為本征半導(dǎo)體，常溫下其電阻率很高，是電的不良導(dǎo)體。在高純半導(dǎo)體材料中摻入適當(dāng)雜質(zhì)后，由于雜質(zhì)原子提供導(dǎo)電載流子，使材料的電阻率大為降低。這種摻雜半導(dǎo)體常稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的稱N型半導(dǎo)體，靠?jī)r(jià)帶空穴導(dǎo)電的稱P型半導(dǎo)體。

不同類型半導(dǎo)體間接觸（構(gòu)成PN結(jié)）或半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)，因電子（或空穴）濃度差而產(chǎn)生擴(kuò)散，在接觸處形成位壘，因而這類接觸具有單向?qū)щ娦浴＠肞N結(jié)的單向?qū)щ娦裕梢灾瞥删哂胁煌δ艿陌雽?dǎo)體器件，如二極管、三極管、晶閘管等。

此外，半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性對(duì)外界條件的變化非常敏感，據(jù)此可以制造各種敏感元件，用于信息轉(zhuǎn)換。半導(dǎo)體材料的特性參數(shù)有禁帶寬度、電阻率、載流子遷移率、非平衡載流子壽命和位錯(cuò)密度。禁帶寬度由半導(dǎo)體的電子態(tài)、原子組態(tài)決定，反映組成這種材料的原子中價(jià)電子從束縛狀態(tài)激發(fā)到自由狀態(tài)所需的能量。電阻率、載流子遷移率反映材料的導(dǎo)電能力。非平衡載流子壽命反映半導(dǎo)體材料在外界作用（如光或電場(chǎng)）下內(nèi)部載流子由非平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)過(guò)渡的弛豫特性。位錯(cuò)是晶體中最常見(jiàn)的一類缺陷。位錯(cuò)密度用來(lái)衡量半導(dǎo)體單晶材料晶格完整性的程度，對(duì)于非晶態(tài)半導(dǎo)體材料，則沒(méi)有這一參數(shù)。半導(dǎo)體材料的特性參數(shù)不僅能反映半導(dǎo)體材料與其他非半導(dǎo)體材料之間的差別，更重要的是能反映各種半導(dǎo)體材料之間甚至同一種材料在不同情況下，其特性的量值差別。