반도체 재료 – HiSoUR – 안녕하세요.

반도체 물질은 명목상 작은 밴드 갭 절연체이다. 반도체 재료의 특성을 결정하는 것은 제어 가능한 방법으로 전자 특성을 변화시키는 불순물로 도핑 될 수 있다는 것이다.

트랜지스터, 레이저 및 태양 전지와 같은 장치에서 컴퓨터 및 광전지 산업에 적용되기 때문에 새로운 반도체 재료를 찾고 기존 재료를 개선하는 것은 재료 과학 분야에서 중요한 연구 분야입니다.

가장 일반적으로 사용되는 반도체 재료는 결정 성 무기 고체입니다. 이들 물질은 구성 원자의 주기율표에 따라 분류됩니다.

다른 반도체 재료는 그 특성이 다르다. 따라서, 실리콘과 비교하여, 화합물 반도체는 장점과 단점을 모두 갖는다. 예를 들어, 갈륨 아세 나이드 (GaAs)는 실리콘보다 전자 이동도가 6 배 더 빠르므로 빠른 작동이 가능합니다. 높은 온도에서 파워 디바이스의 작동을 가능하게하는 더 넓은 밴드 갭과 실온에서 저전력 디바이스에 낮은 열 노이즈를 제공합니다. 그것의 직접적인 밴드 갭은 실리콘의 간접 밴드 갭보다 더 유리한 광전자 특성을 제공한다; 조절 가능한 밴드 갭 폭을 가지며, 선택된 파장에서 광 방출을 허용하고, 예를 들어 광섬유에서 가장 낮은 손실을 갖는 파장에 정합시키는 것을 허용하는, 3 원계 및 4 원계의 조성물에 합금 될 수있다. GaAs는 반 절연 형태로도 성장할 수 있으며, 이것은 GaAs 디바이스를위한 격자 정합 절연 기판으로 적합하다. 반대로 실리콘은 견고하고 저렴하며 가공하기 쉽지만 GaAs는 부서지기 쉽고 비싸며 절연 층은 단지 산화물 층을 성장 시켜서 만들 수 없습니다. 따라서 GaAs는 실리콘이 충분하지 않은 경우에만 사용됩니다.

여러 화합물을 합금함으로써 일부 반도체 재료는 밴드 갭 또는 격자 상수와 같이 조정 가능합니다. 결과는 삼항, 사중 또는 심지어 다섯 가지 구성입니다. 삼원 화합물은 관련된 2 원 화합물의 범위 내에서 밴드 갭을 조절할 수있게한다. 그러나 직접 및 간접 밴드 갭 물질의 조합의 경우, 간접 밴드 갭이 우세하는 비율이 존재하며 광전자 공학 분야에서 사용 가능한 범위를 제한한다. 예를 들어, AlGaAs LED는 이것에 의해 660 nm로 제한됩니다. 화합물의 격자 상수 또한 상이하기 쉽고, 혼합 비율에 따라 기판에 대한 격자 불일치는 불일치 크기에 의존하는 양에 결함을 일으킨다. 이는 달성 가능한 방사성 / 비방 사성 재조합의 비율에 영향을 미치고 장치의 발광 효율을 결정합니다. 4 차 이상의 조성은 밴드 갭과 격자 상수를 동시에 조절할 수있어보다 넓은 범위의 파장에서 복사 효율을 증가시킬 수 있습니다. 예를 들어 AlGaInP가 LED에 사용됩니다. 생성 된 빛의 파장에 대해 투명한 물질은 물질의 벌크로부터 광자를보다 효율적으로 추출 할 수 있기 때문에 유리하다. 즉, 이러한 투명한 물질에서 빛의 생성은 표면에만 국한되지 않습니다. 굴절률 또한 조성에 의존하며 물질로부터 광자의 추출 효율에 영향을 미친다.

반도체 재료의 종류
IV 족 원소 반도체 (C, Si, Ge, Sn)
4 족 화합물 반도체
VI 족 원소 반도체, (S, Se, Te)
III-V 반도체 : 높은 화학 양론으로 결정화 할 때, 대부분 n 형과 p 형으로 얻을 수 있습니다. 많은 것은 높은 캐리어 이동성과 직접적인 에너지 갭을 가지고있어서 광전자 공학에 유용합니다.
II-VI 반도체 : 일반적으로 p 형, ZnTe 및 ZnO는 n 형
I-VII 반도체
IV-VI 반도체
V-VI 반도체
II-V 반도체
I-III-VI2 반도체
산화물
계층화 된 반도체
자성 반도체
유기 반도체
전하 이동 착물
기타

화합물 반도체
화합물 반도체는 적어도 2 종의 화학 원소로 구성된 반도체 화합물이다. 이 반도체는 전형적으로 붕소 그룹 (구 III 족, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐) 및 15 족 (구 V 족, 질소)의 원소와 같은 주기율표 13 ~ 15 족 (구 그룹 III ~ V) , 인, 비소, 안티몬, 비스무트). 가능한 원소의 범위는 바이너리 (갈륨 (III) 비소 (GaAs)와 같은 두 가지 원소, 인듐 갈륨 비소 (InGaAs)와 같은 세 원소, 알루미늄과 같은 네 가지 원소를 형성 할 수 있기 때문에 상당히 광범위하다. 갈륨 인듐 포스 파이드 (AlInGaP)) 합금이다.

제작
금속 유기 증기 상 에피 택시 (MOVPE)는 디바이스를위한 화합물 반도체 박막의 형성을위한 가장 보편적 인 증착 기술이다. 그것은 수소와 같은 주변 가스에서 전구체 원료 물질로서 초순수 금속 유기물 및 / 또는 수 소화물을 사용합니다.

다른 선택 가능한 기법은 다음과 같습니다.

분자 빔 에피 택시 (MBE)
Hydride vapor phase epitaxy (HVPE)
액상 에피 택시 (LPE)
금속 – 유기 분자 빔 에피 택시 (MOMBE)
원자 층 증착 (ALD)

반도체 재료 표

그룹	엘름.	자료	공식	밴드 갭 (eV)	갭 타입	기술
IV	1	다이아몬드	기음	5.47	간접적 인	열전도율이 우수합니다. 탁월한 기계적 및 광학적 특성. 매우 높은 나노 기계 공진기 품질 계수.
IV	1	규소	시	1.12	간접적 인	기존의 결정질 실리콘 (c-Si) 태양 전지 및 박막 태양 전지의 비정질 실리콘 (a-Si)과 같은 비정질 형태로 사용됩니다. 광전지에서 가장 보편적 인 반도체 재료. 세계적인 PV 시장을 지배합니다; 조작하기 쉽다. 좋은 전기적 및 기계적 특성. 단열 목적으로 고품질의 열 산화물을 형성합니다. 집적 회로 제작에 사용되는 가장 일반적인 재료.
IV	1	게르마늄	Ge	0.67	간접적 인	초기 레이더 탐지 다이오드와 첫 번째 트랜지스터에 사용됩니다. 실리콘보다 순도가 낮습니다. 고효율 다중 접합 광전지 용 기판. 갈륨 비소와 매우 유사한 격자 상수. 감마 분광법에 사용되는 고순도 결정체. 일부 장치의 신뢰성을 떨어 뜨리는 수염이 생길 수 있습니다.
IV	1	회색 주석,α -Sn	Sn	0.00,0.08	간접적 인	저온 동소체 (다이아몬드 입방 격자).
IV	2	탄화 규소, 3C-SiC	SiC	2.3	간접적 인	초기 황색 LED에 사용
IV	2	실리콘 카바이드, 4H-SiC	SiC	3.3	간접적 인
IV	2	탄화 규소, 6H-SiC	SiC	3.0	간접적 인	초기 청색 LED에 사용
VI	1	유황,α- S	S ₈	2.6
VI	1	회색 셀레늄	Se	1.74	간접적 인	셀레늄 정류기에 사용됩니다.
VI	1	레드 셀레늄	Se	2.05	간접적 인
VI	1	텔루르	테	0.33
III-V	2	질화 붕소, 입방정	BN	6.36	간접적 인	잠재적으로 자외선 LED에 유용하다.
III-V	2	질화 붕소, 육각형	BN	5.96	준 직접	잠재적으로 자외선 LED에 유용하다.
III-V	2	질화 붕소 나노 튜브	BN	~ 5.5
III-V	2	인화 붕소	혈압	2	간접적 인
III-V	2	붕소 비소	바	1.14	곧장	방사선 손상에 대한 저항성, 베타 볼트 (betavoltaics)에서의 응용 가능성.
III-V	2	붕소 비소	B ₁₂As ₂	3.47	간접적 인	방사선 손상에 대한 저항성, 베타 볼트 (betavoltaics)에서의 응용 가능성.
III-V	2	질화 알루미늄	AlN	6.28	곧장	압전. 반도체로 자체적으로 사용하지 마십시오. AlN 가까이 GaAlN은 아마도 자외선 LED에 사용할 수 있습니다. 210 nm에서 비효율적 인 방출이 AlN에서 달성되었다.
III-V	2	알루미늄 인화물	높은 산	2.45	간접적 인
III-V	2	알루미늄 비화물	아아	2.16	간접적 인
III-V	2	알루미늄 안티 모니 드	AlSb	1.6 / 2.2	간접 / 직접
III-V	2	질화 갈륨	GaN	3.44	곧장	p 형에 도핑 될 수있는 문제, Mg에 의한 p 도핑 및 어닐링이 가능한 최초의 고효율 청색 LED 그리고 푸른 레이저. ESD에 매우 민감합니다. 우주선 태양 전지 패널에 적합한 전리 방사선에 둔감합니다. GaN 트랜지스터는 마이크로파 전력 증폭기에 사용되는 GaAs보다 높은 전압 및 높은 온도에서 작동 할 수있다. 예를 들어 망간으로 도핑하면 자성 반도체가됩니다.
III-V	2	인화 갈륨	갭	2.26	간접적 인	초저 ~ 중간 밝기의 저렴한 빨강 / 주황 / 녹색 LED에 사용됩니다. 독립형 또는 GaAsP와 함께 사용됩니다. 황색 및 적색 광선에 대해 투명하며 GaAsP 적색 / 황색 LED의 기판으로 사용됩니다. n 형은 S 또는 Te로, p 형은 Zn으로 도핑한다. 순수한 GaP가 녹색을, 질소가 도핑 된 GaP가 황록색을, ZnO가 도핑 된 GaP가 적색을 방출한다.
III-V	2	갈륨 비소	GaAs	1.43	곧장	실리콘 이후에 가장 보편적으로 사용되는 두 번째로, 다른 III-V 반도체 (예 : InGaAs 및 GaInNAs)의 기판으로 일반적으로 사용됩니다. 다루기 힘든. Si, P 형 CMOS 트랜지스터보다 낮은 홀 이동도. 높은 불순물 밀도, 작은 구조물 제작이 어렵다. 근적외선 LED, 고속 전자 장치 및 고효율 태양 전지에 사용됩니다. 게르마늄과 매우 유사한 격자 상수는 게르마늄 기판에서 성장할 수 있습니다.
III-V	2	안티몬 화 갈륨	GaSb	0.726	곧장	적외선 탐지기 및 LED 및 열광 광산에 사용됩니다. Te와 함께 n을 도핑하고, Zn을 p로 사용한다.
III-V	2	인듐 질화물	여인숙	0.7	곧장	태양 전지에서 사용 가능하지만 p 형 도핑은 어렵다. 합금으로 자주 사용됩니다.
III-V	2	인화 인듐	InP	1.35	곧장	일반적으로 에피 택셜 InGaAs 용 기판으로 사용됩니다. 고출력 및 고주파 응용 분야에 사용되는 우수한 전자 속도. 광전자 공학에 사용됩니다.
III-V	2	인듐 비소	InAs	0.36	곧장	1-3.8 μm의 적외선 감지기에 사용되며 냉각 또는 비 냉각. 높은 전자 이동성.InGaAs 매트릭스의 InAs 도트는 양자점 역할을 할 수 있습니다. 양자점은 InP 또는 GaAs상의 InAs의 단일 층으로부터 형성 될 수있다. 테라 헤르츠 (terahertz) 방사선원으로 사용되는 강한 사진 -Dember 이미 터.
III-V	2	인듐 안티몬화물	InSb	0.17	곧장	적외선 감지기 및 열 이미징 센서에 사용되는 높은 양자 효율, 낮은 안정성, 군사용 장거리 열 화상 시스템에 사용되는 냉각이 필요합니다. AlInSb-InSb-AlInSb 구조는 양자 우물로 사용됩니다. 매우 높은 전자 이동도, 전자 속도 및 탄도 길이. 트랜지스터는 0.5V 미만 및 200GHz 이상에서 동작 할 수있다. 테라 헤르츠 주파수는 아마도 달성 가능할 것입니다.
II-VI	2	카드뮴 셀레 나이드	CdSe	1.74	곧장	양자점으로 사용되는 나노 입자. 진성 n 형, p 형을 도핑하기가 어렵지만, 질소로 도핑 된 p 형일 수있다. 옵토 일렉트로닉스에서 사용 가능. 고효율 태양 전지 테스트.
II-VI	2	카드뮴 황화물	CdS	2.42	곧장	광 소자 저항 및 태양 전지에 사용됩니다. CdS / Cu ₂ S는 최초의 효율적인 태양 전지였습니다. CdTe가있는 태양 전지에 사용됩니다. 일반적인 양자점. 결정은 고체 상태의 레이저로 작용할 수 있습니다. Electroluminescent. 도핑 될 때, 형광체로서 작용할 수있다.
II-VI	2	카드뮴 텔루 라이드	CdTe	1.49	곧장	CdS가있는 태양 전지에 사용됩니다. 박막 태양 전지 및 기타 카드뮴 텔루 라이드 광전지에 사용. 결정질 실리콘보다 효율적이지는 않지만 저렴합니다. 전기 광학 변조기에 사용되는 높은 전기 광학 효과. 790 nm에서의 형광. 양자점으로 사용할 수있는 나노 입자.
II-VI, 산화물	2	산화 아연	ZnO	3.37	곧장	광촉매. 밴드 갭은 마그네슘 산화물 및 카드뮴 산화물과 합금하여 3에서 4eV로 조정할 수 있습니다. 본질적인 n 형, p 형 도핑은 어렵다. 중 알루미늄, 인듐 또는 갈륨 도핑은 투명 전도성 코팅을 생성합니다. ZnO : Al은 가시 광선 및 적외선 영역에서 투명하며, 인듐 주석 산화물을 대체하는 LCD 디스플레이 및 태양 전지 패널의 전도성 필름으로 사용되는 창 코팅재로 사용됩니다. 방사선 피해에 강합니다. LED 및 레이저 다이오드에 사용 가능. 무작위 레이저로 사용 가능.
II-VI	2	아연 셀렌	ZnSe	2.7	곧장	파란 레이저 및 LED에 사용됩니다. n 형 도핑이 쉽기 때문에 p 형 도핑은 어렵지만 예를 들어 질소로 수행 할 수 있습니다. 적외선 광학 분야의 일반적인 광학 소재.
II-VI	2	황화 아연	ZnS	3.54 / 3.91	곧장	밴드 갭 3.54 eV (입방), 3.91 (육각형). n 형 및 p 형 모두에 도핑 될 수 있습니다. 적절히 도핑 된 경우 일반적인 신틸 레이터 / 인광 물질.
II-VI	2	아연 텔루 라이드	ZnTe	2.25	곧장	AlSb, GaSb, InAs 및 PbSe에서 성장할 수 있습니다. 태양 전지, 마이크로파 발생기, 청색 LED 및 레이저의 구성 요소에 사용됩니다. 전기 광학에 사용됩니다. 테라 헤르츠 방사선 생성에 사용되는 니오브 산 리튬과 함께.
나 – VII	2	염화 제 1 구리	CuCl	3.4	곧장
I-VI	2	구리 황화물	Cu₂ S	1.2	간접적 인	p-type, Cu ₂ S / CdS는 최초의 효율적인 박막 태양 전지
IV-VI	2	납 셀레나 이드	PbSe	0.27	곧장	적외선 열 감지기에 사용됩니다. 양자점으로 사용할 수있는 나노 결정. 좋은 고온 열전 재료.
IV-VI	2	황화 납 (II)	PbS	0.37		미네랄 galena, 실용적인 최초의 반도체, 고양이 수염 감지기에 사용; 검출기는 PbS의 고유 전율 때문에 느려진다. 적외선 감지기에 사용되는 가장 오래된 재료. 실온에서 SWIR을 검출 할 수 있으며, 더 긴 파장은 냉각이 필요합니다.
IV-VI	2	납 텔루 라이드	PbTe	0.32		열전도율이 낮고 열전기 발전기의 고온에서 우수한 열전 재료.
IV-VI	2	주석 황화물	SnS	1.3 / 1.0	직접 / 간접	주석 황화물 (SnS)은 1.3eV 이상의 광자 에너지에 대해 직접 광학 밴드 갭이 1.3eV이고 흡수 계수가 10 ⁴ cm ^-1 이상인 반도체입니다. 이것은 전기적 특성이 도핑 및 구조 변형에 의해 맞춤화 될 수있는 p 형 반도체이며 10 년 이래 단순하고 비 독성이며 저렴한 박막 태양 전지 소재로 부상했다.
IV-VI	2	주석 황화물	SnS₂	2.2		SnS ₂ 는 가스 감지 어플리케이션에 널리 사용됩니다.
IV-VI	2	주석 텔루 라이드	SnTe			복잡한 밴드 구조.
IV-VI	삼	납 주석 텔루 라이드	PbSnTe			적외선 감지기 및 열 이미징에 사용됩니다.
IV-VI	삼	탈륨 주석 텔루 라이드	Tl2 SnTe5
IV-VI	삼	탈륨 게르마늄 텔루 라이드	Tl ₂GeTe ₅
V-VI, 적층	2	비스무트 텔루 라이드	Bi2Te3			셀레늄 또는 안티몬과 합금 할 때 상온 근처의 효율적인 열전 재료. 좁은 간격의 층층 반도체. 높은 전기 전도성, 낮은 열 전도성. 토폴로지 절연체.
II-V	2	카드뮴 인화물	CD3P2
II-V	2	카드뮴 비소	Cd₃ As₂	0.14		N 타입 진성 반도체. 매우 높은 전자 이동성. 적외선 탐지기, 광 검출기, 동적 박막 압력 센서 및 자기 저항기에 사용됩니다. 최근 측정에 따르면 3D Cd ₃As ₂ 는 실제로 전자가 그라 핀처럼 상대적으로 거동하는 제로 밴드 갭 Dirac 반 금속입니다.
II-V	2	안티몬 화 카드뮴	Cd₃Sb₂
II-V	2	인산 아연	Zn3P2	1.5	곧장
II-V	2	아연 비소	Zn ₃As ₂
II-V	2	아연 안티 모니 드	Zn3Sb2			적외선 탐지기 및 열 화상 카메라, 트랜지스터 및 자기 저항기에 사용됩니다.
산화물	2	이산화 티탄, 아나타제	TiO2	3.2	간접적 인	광촉매, n 형
산화물	2	이산화 티타늄, 루틸	TiO2	3.02	곧장	광촉매, n 형
산화물	2	이산화 티탄, 브루 카이트	TiO2	2.96
산화물	2	산화 구리 (I)	Cu₂ O	2.17		가장 많이 연구 된 반도체 중 하나. 많은 응용 프로그램과 효과가 처음으로 시연되었습니다. 이전에는 실리콘보다 정류 다이오드에서 사용되었습니다.
산화물	2	산화 구리 (II)	CuO	1.2		P 형 반도체.
산화물	2	우라늄 이산화물	UO₂	1.3		고온에 견디는 높은 제 베크 계수, 유망한 열전기 및 열 광전지 응용 분야. 이전에는 URDOX 저항기에 사용되어 고온에서 전도되었습니다. 방사선 피해에 강합니다.
산화물	2	삼산화 우라늄	UO₃
산화물	2	비스무스 트리 옥사이드	Bi2O3			이온 전도체, 연료 전지의 응용 분야.
산화물	2	이산화 티탄	SnO ₂	3.7		산소가 부족한 n 형 반도체. 가스 센서에 사용됩니다.
산화물	삼	바륨 티타 네이트	BaTiO ₃	삼		강유전성, 압전. 비 냉각 열 화상 카메라에 사용됩니다. 비선형 광학에 사용됩니다.
산화물	삼	티탄산 스트론튬	SrTiO3	3.3		강유전성, 압전. 바리스터에 사용됩니다. 니오브 – 도핑 된 경우 전도성.
산화물	삼	리튬 니오 베이트	LiNbO3	4		강유전성, 압전, Pockels 효과를 보여줍니다. 전기 광학 및 포토닉스 분야에서 광범위하게 사용됩니다.
산화물	삼	란타늄 구리 산화물	La2CuO4	2		바륨 또는 스트론튬으로 도핑 한 경우 초전도
계층화 된	2	요오드화 납 (II)	PbI₂
계층화 된	2	이황화 몰리브덴	MoS ₂	1.23 eV (2H)	간접적 인
계층화 된	2	갈륨 셀렌	GaSe	2.1	간접적 인	광 전도체. 비선형 광학에서 사용합니다.
계층화 된	2	주석 황화물	SnS
계층화 된	2	황화 비스무트	Bi2S3
자기 희석 (DMS)	삼	갈륨 망간 비소화물	GaMnAs
자기 희석 (DMS)	삼	인듐 망간 비소	InMnAs
자기 희석 (DMS)	삼	카드뮴 망간 텔루 라이드	CdMnTe
자기 희석 (DMS)	삼	납 망간 텔루 라이드	PbMnTe
자기	4	란타늄 칼슘 망간 산염	La_0.7Ca_0.3MnO ₃			거대한 자기 저항
자기	2	산화철 (II)	FeO			반 강자성
자기	2	산화 니켈 (II)	니오	3.6-4.0	곧장	반 강자성
자기	2	산화 유로퓸 (II)	EuO			강자성의
자기	2	유러 퓸 (II) 설파이드	유			강자성의
자기	2	크롬 (III) 브로마이드	CrBr ₃
다른	삼	구리 인듐 셀레 나이드, CIS	CuInSe₂	1	곧장
다른	삼	은 갈륨 황화물	AgGaS ₂			비선형 광학 특성
다른	삼	아연 실리콘 인화물	ZnSiP ₂
다른	2	비소 황화물	₂ S₃			결정 성 및 유리 상태의 반도체 성
다른	2	비소 황화물	₄ S_4대로			결정 성 및 유리 상태의 반도체 성
다른	2	백금 실리사이드	PtSi			1-5 μm의 적외선 감지기에 사용됩니다. 적외선 천문학에 사용됩니다. 높은 안정성, 낮은 드리프트, 측정에 사용됩니다. 낮은 양자 효율.
다른	2	비스무트 (III) 요오드화물	BiI ₃
다른	2	수은 (II) 요오드화물	HgI₂			실온에서 작동하는 일부 감마선 및 X 선 검출기 및 이미징 시스템에 사용됩니다.
다른	2	탈륨 (I) 브로마이드	TlBr			실온에서 작동하는 일부 감마선 및 X 선 검출기 및 이미징 시스템에 사용됩니다. 실시간 X 선 이미지 센서로 사용됩니다.
다른	2	황화은	Ag₂ S	0.9
다른	2	이황화 철	FeS₂	0.95		미네랄 pyrite. 나중에 고양이의 수염 모양 감지기에서 사용, 태양 전지에 대한 조사.
다른	4	구리 아연 주석 황화물, CZTS	Cu2ZnSnS4	1.49	곧장	Cu ₂ ZnSnS ₄ 는 인듐 / 갈륨을 풍부한 아연 / 주석으로 대체하여 CIGS에서 추출됩니다.
다른	4	구리 아연 안티 모니 설파이드, CZAS	Cu_1.18Zn_0.40Sb_1.90S_7.2	2.2	곧장	구리 아연 안티 모니 설파이드는 famatinite 부류의 화합물 인 구리 안티몬 설파이드 (CAS)에서 유래합니다.
다른	삼	구리 주석 황화물, CTS	Cu2SnS3	0.91	곧장	Cu ₂ SnS ₃ 는 p 형 반도체이며 박막 태양 전지 응용에 사용될 수 있습니다.