Os materiais semicondutores são nominalmente pequenos isoladores de bandas. A propriedade definidora de um material semicondutor é que ele pode ser dopado com impurezas que alteram suas propriedades eletrônicas de maneira controlável.

Por causa de sua aplicação na indústria de computadores e fotovoltaicos – em dispositivos como transistores, lasers e células solares – a busca por novos materiais semicondutores e o aprimoramento de materiais existentes é um importante campo de estudo em ciência de materiais.

Os materiais semicondutores mais usados ​​são os sólidos inorgânicos cristalinos. Estes materiais são classificados de acordo com os grupos de tabelas periódicas de seus átomos constituintes.

Diferentes materiais semicondutores diferem em suas propriedades. Assim, em comparação com o silício, os semicondutores compostos têm vantagens e desvantagens. Por exemplo, o arsenieto de gálio (GaAs) possui seis vezes mais mobilidade de elétrons do que o silício, o que permite uma operação mais rápida; intervalo de bandas mais amplo, que permite a operação de dispositivos de energia em temperaturas mais altas, e proporciona menor ruído térmico a dispositivos de baixa potência em temperatura ambiente; seu gap de banda direto lhe confere propriedades optoeletrônicas mais favoráveis ​​que o gap de bandas indireto de silício; pode ser ligado a composições ternárias e quaternárias, com largura de intervalo de banda ajustável, permitindo a emissão de luz em comprimentos de onda escolhidos e permitindo, por exemplo, a correspondência com comprimentos de onda com menores perdas em fibras ópticas. Os GaAs também podem ser cultivados em uma forma semi-isolante, o que é adequado como um substrato isolante de correspondência de treliça para dispositivos de GaAs. Por outro lado, o silício é robusto, barato e fácil de processar, enquanto o GaAs é frágil e caro, e as camadas de isolamento não podem ser criadas apenas pelo crescimento de uma camada de óxido; O GaAs é, portanto, usado somente quando o silício não é suficiente.

Através da liga de múltiplos compostos, alguns materiais semicondutores são sintonizáveis, por exemplo, na folga da banda ou na constante da rede. O resultado é composições ternárias, quaternárias ou até quinárias. Composições ternárias permitem ajustar o intervalo de bandas dentro do intervalo dos compostos binários envolvidos; no entanto, no caso de combinação de materiais de fenda de banda direta e indireta, existe uma relação onde o intervalo de banda indireta prevalece, limitando a faixa utilizável para optoeletrônica; Por exemplo, os LEDs da AlGaAs são limitados a 660 nm por isso. Constantes de rede dos compostos também tendem a ser diferentes, e a incompatibilidade de rede contra o substrato, dependente da taxa de mistura, causa defeitos em quantidades dependentes da magnitude da incompatibilidade; isso influencia a proporção de recombinações radiativas / não radiativas alcançáveis ​​e determina a eficiência luminosa do dispositivo. Composições quaternárias e superiores permitem ajustar simultaneamente o intervalo de bandas e a constante de rede, permitindo aumentar a eficiência radiante em uma faixa mais ampla de comprimentos de onda; por exemplo, AlGaInP é usado para LEDs. Materiais transparentes ao comprimento de onda gerado pela luz são vantajosos, pois isso permite a extração mais eficiente de fótons da maior parte do material. Isto é, em materiais tão transparentes, a produção de luz não se limita apenas à superfície. O índice de refração também é dependente da composição e influencia a eficiência de extração de fótons do material.

Tipos de materiais semicondutores
Semicondutores elementares do grupo IV (C, Si, Ge, Sn)
Semicondutores compostos do grupo IV
Semicondutores elementares do grupo VI, (S, Se, Te)
Semicondutores III – V: Cristalizando com alto grau de estequiometria, a maioria pode ser obtida tanto em tipo n quanto em tipo p. Muitos têm alta mobilidade de portadores e lacunas de energia direta, tornando-os úteis para a optoeletrônica.
Semicondutores II-VI: geralmente do tipo p, exceto ZnTe e ZnO, que é do tipo n
Semicondutores I – VII
Semicondutores IV – VI
Semicondutores V – VI
Semicondutores II – V
Semicondutores I-III-VI2
Óxidos
Semicondutores em camadas
Semicondutores magnéticos
Semicondutores orgânicos
Complexos de transferência de carga
Outras

Semicondutores compostos
Um semicondutor composto é um composto semicondutor composto de elementos químicos de pelo menos duas espécies diferentes. Esses semicondutores normalmente formam-se em grupos de tabela periódica 13 a 15 (grupos antigos III-V), por exemplo, elementos do grupo Boro (antigo grupo III, boro, alumínio, gálio, índio) e do grupo 15 (antigo grupo V, nitrogênio). fósforo, arsênico, antimônio, bismuto). O intervalo de fórmulas possíveis é bastante amplo porque esses elementos podem formar binário (dois elementos, por exemplo, arsenieto de gálio (III) (GaAs)), ternário (três elementos, por exemplo, arseneto de índio gálio (InGaAs)) e quaternário (quatro elementos, por exemplo, alumínio ligas de fosforeto de gálio e índio (AlInGaP).

Fabricação
A epitaxia em fase de vapor de metalorgânico (MOVPE) é a tecnologia de deposição mais popular para a formação de filmes finos semicondutores compostos para dispositivos [carece de fontes].Utiliza metalorgicos e / ou hidretos ultrapuros como materiais fonte de precursor num g ambiente como o hidrogio.

Outras técnicas de escolha incluem:

Epitaxia por feixe molecular (MBE)
Epitaxia em fase de vapor de hidreto (HVPE)
Epitaxia em fase líquida (LPE)
Epitaxia com feixe molecular metal-orgânico (MOMBE)
Deposição de camada atômica (ALD)

Tabela de materiais semicondutores

Grupo	Elem.	Material	Fórmula	Banda gap (eV)	Tipo de lacuna	Descrição
IV	1	Diamante	C	5,47	indireto	Excelente condutividade térmica. Propriedades mecânicas e ópticas superiores. Fator de qualidade do ressonador nanomecânico extremamente alto.
IV	1	Silício	Si	1,12	indireto	Usado em células solares de silício cristalino convencional (c-Si) e em sua forma amorfa como silício amorfo (a-Si) em células solares de película fina.Material semicondutor mais comum em energia fotovoltaica; domina o mercado mundial de PV; fácil de fabricar; boas propriedades elétricas e mecânicas. Forma óxido térmico de alta qualidade para fins de isolamento.Material mais comum usado na fabricação de circuitos integrados.
IV	1	Germânio	Ge	0,67	indireto	Usado nos primeiros diodos de detecção de radar e primeiros transistores;requer menor pureza do que o silício. Um substrato para células fotovoltaicas multijuncionais de alta eficiência. Constante de rede muito semelhante ao arsenieto de gálio. Cristais de alta pureza usados ​​para espectroscopia gama.Pode crescer bigodes, que prejudicam a confiabilidade de alguns dispositivos.
IV	1	Estanho cinza, α -Sn	Sn	0,00,0,08	indireto	Alótropo de baixa temperatura (treliça cúbica de diamante).
IV	2	Carboneto de silício, 3C-SiC	SiC	2,3	indireto	usado para LEDs amarelos precoces
IV	2	Carboneto de silício, 4H-SiC	SiC	3.3	indireto
IV	2	Carboneto de silício, 6H-SiC	SiC	3,0	indireto	usado para LEDs azuis precoces
VI	1	Enxofre, α-S	S 8	2,6
VI	1	Selênio cinza	Se	1,74	indireto	Usado em retificadores de selênio.
VI	1	Selênio vermelho	Se	2,05	indireto
VI	1	Telúrio	Te	0,33
III-V	2	Nitreto de boro, cúbico	BN	6,36	indireto	potencialmente útil para LEDs ultravioleta
III-V	2	Nitreto de boro hexagonal	BN	5,96	quase direto	potencialmente útil para LEDs ultravioleta
III-V	2	Nanotubo de nitreto de boro	BN	~ 5,5
III-V	2	Fosforeto de boro	BP	2	indireto
III-V	2	Arsenieto de boro	BAs	1,14	direto	Resistente a danos por radiação, possíveis aplicações em betavoltaics.
III-V	2	Arsenieto de boro	B12como2	3,47	indireto	Resistente a danos por radiação, possíveis aplicações em betavoltaics.
III-V	2	Nitreto de alumínio	AlN	6,28	direto	Piezoelétrico. Não usado sozinho como um semicondutor; Al-close GaAlN possivelmente utilizável para LEDs ultravioleta. Emissão ineficiente em 210 nm foi alcançada em AlN.
III-V	2	Fosfeto de alumínio	Alpes	2,45	indireto
III-V	2	Arsenieto de alumínio	AlAs	2,16	indireto
III-V	2	Antimonida de alumínio	AlSb	1,6 / 2,2	indireta / direta
III-V	2	Nitreto de gálio	GaN	3,44	direto	problemática ser dopada com o tipo p, dopagem com Mg e recozimento permitiram LEDs azuis de alta eficiência e lasers azuis. Muito sensível ao ESD. Insensível à radiação ionizante, adequado para painéis solares espaciais. Os transistores de GaN podem operar em voltagens mais altas e temperaturas mais altas que os GaAs, usados ​​em amplificadores de potência de microondas. Quando dopado com, por exemplo, manganês, torna-se um semicondutor magnético.
III-V	2	Fosforeto de gálio	GaP	2,26	indireto	Usado em LEDs vermelhos / laranja / verdes baratos de baixo a médio brilho.Usado como autônomo ou com GaAsP. Transparente para luz amarela e vermelha, usado como substrato para LEDs vermelhos / amarelos de GaAsP.Dopado com S ou Te para o tipo n, com Zn para o tipo p. O GaP puro emite uma GaP dopada com nitrogênio verde emite amarelo-verde, a GaP dopada com ZnO emite vermelho.
III-V	2	Arsenieto de gálio	GaAs	1,43	direto	o segundo mais comum em uso após o silício, comumente usado como substrato para outros semicondutores III-V, por exemplo, InGaAs e GaInNAs.Frágil. Menor mobilidade dos furos do que os transistores CMOS do tipo P, do tipo Si, inviáveis. Alta densidade de impurezas, difícil de fabricar pequenas estruturas. Usado para LEDs de infravermelho próximo, eletrônica rápida e células solares de alta eficiência. Constante de rede muito semelhante ao germânio, pode ser cultivada em substratos de germânio.
III-V	2	Antimoneto de Gálio	GaSb	0,726	direto	Usado para detectores de infravermelho e LEDs e termofotovoltaicos.Dopado n com Te, p com Zn.
III-V	2	Nitreto de índio	Pousada	0,7	direto	Possível uso em células solares, mas doping tipo-p difícil. Usado frequentemente como ligas.
III-V	2	Fosfeto de índio	InP	1,35	direto	Comumente usado como substrato para InGaAs epitaxiais. Velocidade eletrônica superior, usada em aplicações de alta potência e alta frequência.Usado em optoeletrônica.
III-V	2	Arsenieto de índio	InAs	0,36	direto	Usado para detectores de infravermelho de 1 a 3,8 µm, resfriado ou não resfriado. Alta mobilidade eletrônica. Os pontos InAs na matriz InGaAs podem servir como pontos quânticos. Pontos quânticos podem ser formados a partir de uma monocamada de InAs em InP ou GaAs. Emissor forte foto-Dember, usado como fonte de radiação terahertz.
III-V	2	Antimoneto de índio	InSb	0,17	direto	Usado em detectores de infravermelho e sensores de imagem térmica, alta eficiência quântica, baixa estabilidade, requer resfriamento, usado em sistemas de imagens térmicas militares de longo alcance. AlInSb-InSb-AlInSb estrutura utilizada como poço quântico. Mobilidade eletrônica muito alta, velocidade do elétron e comprimento balístico. Os transistores podem operar abaixo de 0,5 V e acima de 200 GHz. Frequências de Terahertz podem ser alcançadas.
II-VI	2	Seleneto de cádmio	CdSe	1,74	direto	Nanopartículas usadas como pontos quânticos. Tipo n intrínseco, difícil de dopar tipo p, mas pode ser dopado com nitrogênio. Possível uso em optoeletrônica. Testado para células solares de alta eficiência.
II-VI	2	Sulfeto de cádmio	CdS	2,42	direto	Usado em fotoresistores e células solares; CdS / Cu 2 S foi a primeira célula solar eficiente. Usado em células solares com CdTe. Comum como pontos quânticos. Cristais podem atuar como lasers de estado sólido.Eletroluminescente. Quando dopado, pode atuar como um fósforo.
II-VI	2	Telureto de cádmio	CdTe	1,49	direto	Usado em células solares com CdS. Usado em células solares de película fina e outros fotovoltaicos de telureto de cádmio; menos eficiente que o silício cristalino, mas mais barato. Alto efeito eletro-óptico, usado em moduladores eletro-ópticos. Fluorescente a 790 nm. Nanopartículas utilizáveis ​​como pontos quânticos.
II-VI, óxido	2	Óxido de zinco	ZnO	3,37	direto	Fotocatalítico. A folga das bandas pode ser ajustada de 3 a 4 eV por liga com óxido de magnésio e óxido de cádmio. Doping tipo-P intrínseco é difícil. A dopagem com alumínio pesado, índio ou gálio produz revestimentos condutores transparentes; ZnO: Al é usado como revestimento transparente em visível e refletivo na região do infravermelho e como filmes condutivos em displays LCD e painéis solares como substituto do óxido de estanho e índio.Resistente a danos por radiação. Possível uso em LEDs e diodos de laser.Possível uso em lasers aleatórios.
II-VI	2	Seleneto de zinco	ZnSe	2,7	direto	Usado para lasers e LEDs azuis. Fácil de doping do tipo n, o doping do tipo p é difícil, mas pode ser feito com nitrogênio, por exemplo. Material óptico comum em óptica de infravermelhos.
II-VI	2	Sulfeto de zinco	ZnS	3,54 / 3,91	direto	Banda gap 3,54 eV (cúbico), 3,91 (hexagonal). Pode ser dopado tanto no tipo n quanto no tipo p. Cintilador / fósforo comum quando adequadamente dopado.
II-VI	2	Telureto de zinco	ZnTe	2,25	direto	Pode ser cultivado em AlSb, GaSb, InAs e PbSe. Usado em células solares, componentes de geradores de microondas, LEDs azuis e lasers. Usado em eletro-ópticos. Juntamente com o niobato de lítio usado para gerar radiação terahertz.
I-VII	2	Cloreto Cuproso	CuCl	3,4	direto
I-VI	2	Sulfeto de cobre	Cu2 S	1,2	indireto	tipo-p, Cu 2 S / CdS foi a primeira célula solar de filme fino eficiente
IV-VI	2	Seleneto de chumbo	PbSe	0,27	direto	Usado em detectores de infravermelho para geração de imagens térmicas.Nanocristais utilizáveis ​​como pontos quânticos. Bom material termelétrico de alta temperatura.
IV-VI	2	Sulfeto de chumbo (II)	PbS	0,37		Galena mineral, primeiro semicondutor em uso prático, usado em detectores de bigode de gato; os detectores são lentos devido à alta constante dielétrica de PbS. Material mais antigo usado em detectores de infravermelho. Na temperatura ambiente pode detectar SWIR, comprimentos de onda mais longos exigem refrigeração.
IV-VI	2	Telureto de chumbo	PbTe	0,32		Baixa condutividade térmica, bom material termelétrico a temperatura elevada para geradores termoelétricos.
IV-VI	2	Sulfeto de estanho	SnS	1,3 / 1,0	direto indireto	O sulfeto de estanho (SnS) é um semicondutor com gap óptico direto de 1,3 eV e coeficiente de absorção acima de 10 4 cm- 1 para energias de fótons acima de 1,3 eV. É um semicondutor do tipo p cujas propriedades elétricas podem ser adaptadas por dopagem e modificação estrutural e emergiu como um dos materiais simples, não tóxicos e acessíveis para células solares de filmes finos desde uma década.
IV-VI	2	Sulfeto de estanho	SnS 2	2,2		O SnS 2 é amplamente utilizado em aplicações de detecção de gás.
IV-VI	2	Telureto de estanho	SnTe			Estrutura de banda complexa.
IV-VI	3	Chumbo telureto de estanho	PbSnTe			Usado em detectores de infravermelho e para geração de imagens térmicas.
IV-VI	3	Telureto de estanho	Tl2SnTe5
IV-VI	3	Telureto de germânio e tálio	Tl2GeTe5
V-VI, em camadas	2	Telureto de bismuto	Bi2Te3			Material termoelétrico eficiente próximo à temperatura ambiente quando ligado com selênio ou antimônio. Semicondutor de camadas estreitas. Alta condutividade elétrica, baixa condutividade térmica. Isolador topológico.
II-V	2	Fosfeto de cádmio	Cd3 P2
II-V	2	Arsenieto de cádmio	Cd3As2	0,14		Semicondutor intrínseco do tipo-N. Mobilidade eletrônica muito alta. Usado em detectores de infravermelho, fotodetectores, sensores dinâmicos de película fina e magnetoresistores. Medições recentes sugerem que o 3D Cd 3As 2 é, na verdade, um semimetal de Dirac com faixa zero, no qual os elétrons se comportam relativisticamente como no grafeno.
II-V	2	Antimonido de cádmio	Cd3Sb2
II-V	2	Fosfeto de zinco	Zn3 P2	1,5	direto
II-V	2	Arsenieto de zinco	Zn3As2
II-V	2	Antimoneto de zinco	Zn3Sb2			Usado em detectores de infravermelho e termovisores, transistores e magnetoresistores.
Óxido	2	Dióxido de titânio, anatase	TiO 2	3,2	indireto	fotocatalítico, tipo n
Óxido	2	Dióxido de titânio, rutilo	TiO 2	3,02	direto	fotocatalítico, tipo n
Óxido	2	Dióxido de titânio, brookite	TiO 2	2,96
Óxido	2	Óxido de cobre (I)	Cu2 O	2,17		Um dos semicondutores mais estudados. Muitos aplicativos e efeitos foram demonstrados pela primeira vez com ele. Anteriormente usado em diodos retificadores, antes do silício.
Óxido	2	Óxido de cobre (II)	CuO	1,2		Semicondutor tipo P
Óxido	2	Dióxido de urânio	UO2	1,3		Alto coeficiente de Seebeck, resistente a altas temperaturas, prometendo aplicações termelétricas e termofotovoltaicas. Anteriormente usado em resistores URDOX, conduzindo a alta temperatura. Resistente a danos por radiação.
Óxido	2	Trióxido de urânio	UO3
Óxido	2	Trióxido de bismuto	Bi2 O3			Condutor iônico, aplicações em células de combustível.
Óxido	2	Dióxido de estanho	SnO 2	3,7		Semicondutor do tipo n deficiente em oxigênio. Usado em sensores de gás.
Óxido	3	Titanato de bário	BaTiO 3	3		Ferroelétrico, piezoelétrico. Usado em alguns termovisores não resfriados.Usado em óptica não linear.
Óxido	3	Titanato de estrôncio	SrTiO 3	3.3		Ferroelétrico, piezoelétrico. Usado em varistores. Condutivo quando dopado com nióbio.
Óxido	3	Niobato de lítio	LiNbO3	4		Ferroelétrico, piezoelétrico, mostra o efeito Pockels. Ampla utilização em eletro-óptica e fotônica.
Óxido	3	Óxido de cobre lantânio	La2CuO 4	2		supercondutor quando dopado com bário ou estrôncio
Em camadas	2	Chumbo (II) iodeto	PbI2
Em camadas	2	Dissulfeto de molibdênio	Mês 2	1,23 eV (2H)	indireto
Em camadas	2	Seleneto de gálio	GaSe	2,1	indireto	Fotocondutor. Usa em óptica não linear.
Em camadas	2	Sulfeto de estanho	SnS
Em camadas	2	Sulfeto de bismuto	Bi2 S3
Magnético, diluído (DMS)	3	Arsenieto de manganês gálio	GaMnAs
Magnético, diluído (DMS)	3	Arsenieto de manganês índio	InMnAs
Magnético, diluído (DMS)	3	Telureto de manganês de cádmio	CdMnTe
Magnético, diluído (DMS)	3	Telureto de manganês de chumbo	PbMnTe
Magnético	4	Manganato de cálcio lantânio	La0,7Ca0,3MnO 3			magnetorresistência colossal
Magnético	2	Óxido de ferro (II)	FeO			antiferromagnético
Magnético	2	Óxido de níquel (II)	NiO	3,6–4,0	direto	antiferromagnético
Magnético	2	Óxido de európio (II)	EuO			ferromagnético
Magnético	2	Sulfeto de európio (II)	EuS			ferromagnético
Magnético	2	Brometo de cromo (III)	CrBr3
de outros	3	Seleneto de cobre e índio, CIS	CuNsE 2	1	direto
de outros	3	Sulfeto de gálio prata	AgGaS 2			propriedades ópticas não lineares
de outros	3	Fosfeto de silício de zinco	ZnSiP2
de outros	2	Arsenic sulfideOrpiment	Como2 S3			semicondutor em estado cristalino e vítreo
de outros	2	Sulfeto de arsênicoRealgar	Como4 S4			semicondutor em estado cristalino e vítreo
de outros	2	Siliceto de platina	PtSi			Usado em detectores de infravermelho por 1 a 5 µm. Usado na astronomia infravermelha. Alta estabilidade, baixa deriva, usada para medições. Baixa eficiência quântica.
de outros	2	Iodeto de bismuto (III)	BiI3
de outros	2	Iodeto de mercúrio (II)	HgI2			Usado em alguns detectores de raios gama e raios-x e sistemas de imagens operando à temperatura ambiente.
de outros	2	Brometo de Tálio (I)	TlBr			Usado em alguns detectores de raios gama e raios-x e sistemas de imagens operando à temperatura ambiente. Usado como um sensor de imagem de raio-x em tempo real.
de outros	2	Sulfeto de prata	Ag2 S	0,9
de outros	2	Dissulfeto de ferro	FeS 2	0,95		Pirita Mineral. Usado em detectores de bigodes de gato posteriores, investigados para células solares.
de outros	4	Sulfeto de cobre de zinco, CZTS	Cu2ZnSnS 4	1,49	direto	O Cu 2 ZnSnS 4 é derivado do CIGS, substituindo o Índio / Gálio por Zinco / Estanho abundante em terra.
de outros	4	Sulfeto de antimônio de cobre e zinco, CZAS	Cu1,18Zn0,40Sb1,90 S7,2	2,2	direto	O cobre sulfato de zinco e antimônio é derivado do sulfeto de cobre e antimônio (CAS), uma classe de composto de famatinita.
de outros	3	Sulfeto de cobre, CTS	Cu2SnS 3	0,91	direto	Cu 2 SnS 3 é semicondutor do tipo p e pode ser usado na aplicação de células solares de filme fino.