Полупроводниковые материалы представляют собой номинально небольшие изоляторы с зазорами. Определяющим свойством полупроводникового материала является то, что он может быть легирован примесями, которые изменяют его электронные свойства контролируемым образом.

Из-за их применения в компьютерных и фотоэлектрических устройствах, таких как транзисторы, лазеры и солнечные элементы, поиск новых полупроводниковых материалов и улучшение существующих материалов является важной областью изучения материаловедения.

Наиболее часто используемые полупроводниковые материалы представляют собой кристаллические неорганические твердые вещества. Эти материалы классифицируются в соответствии с группами периодических таблиц их составляющих атомов.

Различные полупроводниковые материалы отличаются по своим свойствам. Таким образом, по сравнению с кремнием составные полупроводники имеют как преимущества, так и недостатки. Например, арсенид галлия (GaAs) имеет в шесть раз большую подвижность электронов, чем кремний, что позволяет быстрее работать; более широкий запрет зон, который позволяет работать с силовыми устройствами при более высоких температурах и дает более низкие тепловые шумы для устройств с малой мощностью при комнатной температуре; его прямая полоса пропускания дает ему более благоприятные оптоэлектронные свойства, чем косвенный запрет на разрыв кремния; он может быть легирован тройными и четвертичными композициями с регулируемой шириной запрещенной зоны, позволяющей излучать свет на выбранных длинах волн и позволяя, например, согласовывать с длинами волн с наименьшими потерями в оптических волокнах. GaAs можно выращивать также в полуизолирующей форме, которая пригодна в качестве изолирующей подложки, совместимой с решеткой, для устройств GaAs. Напротив, кремний является прочным, дешевым и легким в обращении, тогда как GaAs является хрупким и дорогостоящим, а изоляционные слои не могут быть созданы только путем увеличения оксидного слоя; Поэтому GaAs используется только там, где кремний недостаточен.

При легировании нескольких соединений некоторые полупроводниковые материалы можно перестраивать, например, в запрещенной зоне или постоянной решетки. В результате получается тройная, четвертичная или даже бинарная композиции. Тройные композиции позволяют регулировать запрещенную зону в пределах диапазона участвующих бинарных соединений; однако в случае комбинации прямых и косвенных материалов с запрещенной зоной существует соотношение, в котором преобладает косвенная ширина запрета, что ограничивает диапазон, используемый для оптоэлектроники; например, светодиоды AlGaAs ограничены 660 нм. Константы решетки соединений также имеют тенденцию отличаться, а рассогласование решетки с подложкой в ​​зависимости от соотношения смешивания вызывает дефекты в количествах, зависящих от величины рассогласования; это влияет на соотношение достижимых радиационных / безызлучательных рекомбинаций и определяет световую эффективность устройства. Четвертичные и высшие композиции позволяют одновременно регулировать ширину запрещенной зоны и постоянную решетки, что позволяет повысить эффективность излучения в более широком диапазоне длин волн; например, AlGaInP используется для светодиодов. Материалы, прозрачные для генерируемой длины волны света, являются предпочтительными, поскольку это позволяет более эффективно извлекать фотоны из основной массы материала. То есть, в таких прозрачных материалах светлое производство не ограничивается только поверхностью. Показатель преломления также зависит от состава и влияет на эффективность экстракции фотонов из материала.

Типы полупроводниковых материалов
Элементарные полупроводники группы IV, (C, Si, Ge, Sn)
Составные полупроводники группы IV
Элементарные полупроводники VI группы (S, Se, Te)
III-V полупроводники: Кристаллизуясь с высокой степенью стехиометрии, большинство из них можно получить как в виде n-типа, так и в p-типе. Многие из них обладают высокой подвижностью носителей и прямыми энергетическими разрывами, что делает их полезными для оптоэлектроники.
II-VI полупроводники: обычно p-тип, за исключением ZnTe и ZnO, который является n-типом
Полупроводники I-VII
Полупроводники IV-VI
V-VI полупроводники
II-V полупроводники
Полупроводники I-III-VI2
Оксиды
Многослойные полупроводники
Магнитные полупроводники
Органические полупроводники
Комплексы зарядки
другие

Составные полупроводники
Составной полупроводник представляет собой полупроводниковое соединение, состоящее из химических элементов по меньшей мере двух разных видов. Эти полупроводники обычно формируются в периодических группах групп 13-15 (старые группы III-V), например, из групп Борона (старая группа III, бор, алюминий, галлий, индий) и из группы 15 (старая группа V, азот , фосфор, мышьяк, сурьма, висмут). Диапазон возможных формул довольно широк, поскольку эти элементы могут образовывать двоичные (два элемента, например арсенид галлия (III) (GaAs)), тройной (три элемента, например, арсенид индия галлия (InGaAs)) и четвертичный (четыре элемента, например алюминий галлий индия фосфид (AlInGaP)).

фальсификация
Металлоорганическая парофазная эпитаксия (MOVPE) является самой популярной технологией осаждения для образования сложных полупроводниковых тонких пленок для устройств [править]. Он использует сверхчистые металлоорганические соединения и / или гидриды в качестве исходных исходных материалов в окружающем газе, таком как водород.

Другие методы выбора включают:

Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ)
Гидридная парофазная эпитаксия (HVPE)
Жидкофазная эпитаксия (ЛПЭ)
Металлоорганическая молекулярно-пучковая эпитаксия (MOMBE)
Нанесение атомного слоя (ALD)

Таблица полупроводниковых материалов

группа	Элементарный	материал	формула	Полосовой зазор (эВ)	Тип зазора	Описание
IV	1	ромб	С	5,47	косвенный	Отличная теплопроводность. Превосходные механические и оптические свойства. Чрезвычайно высокий коэффициент качества наномеханического резонатора.
IV	1	кремний	си	1,12	косвенный	Используется в обычных солнечных элементах кристаллического кремния (c-Si) и в аморфной форме в виде аморфного кремния (a-Si) в тонкопленочных солнечных элементах. Наиболее распространенный полупроводниковый материал в фотогальванике; доминирует во всем мире рынка PV; легко изготовить; хорошие электрические и механические свойства. Формирует высококачественный тепловой оксид для целей изоляции. Наиболее распространенный материал, используемый при изготовлении интегральных микросхем.
IV	1	германий	Ge	0,67	косвенный	Используется в ранних радиолокационных диодах и первых транзисторах; требует более низкой чистоты, чем кремний. Субстрат для высокоэффективных многоэлементных фотогальванических элементов.Очень похожая постоянная решетки на арсенид галлия. Кристаллы высокой чистоты, используемые для гамма-спектроскопии. Могут расти бакенбарды, которые ухудшают надежность некоторых устройств.
IV	1	Серый олово, α -Sn	Sn	0,00,0,08	косвенный	Низкотемпературный аллотроп (алмазная кубическая решетка).
IV	2	Карбид кремния, 3C-SiC	SiC	2,3	косвенный	используется для ранних желтых светодиодов
IV	2	Карбид кремния, 4H-SiC	SiC	3,3	косвенный
IV	2	Карбид кремния, 6H-SiC	SiC	3.0	косвенный	используется для ранних синих светодиодов
VI	1	Сера, -S	S8	2,6
VI	1	Серый селен	Se	1,74	косвенный	Используется в селеновых выпрямителях.
VI	1	Красный селен	Se	2,05	косвенный
VI	1	Теллур	Te	0,33
III-V	2	Нитрид бора, кубический	BN	6,36	косвенный	потенциально полезный для ультрафиолетовых светодиодов
III-V	2	Нитрид бора, гексагональный	BN	5,96	квази-прямой	потенциально полезный для ультрафиолетовых светодиодов
III-V	2	Нитроидная нанотрубка	BN	~ 5,5
III-V	2	Фосфид бора	BP	2	косвенный
III-V	2	Арсенид бора	BAs	1,14	непосредственный	Устойчив к радиационному повреждению, возможно применение в бетаволте.
III-V	2	Арсенид бора	B12Как 2	3,47	косвенный	Устойчив к радиационному повреждению, возможно применение в бетаволте.
III-V	2	Нитрид алюминия	AlN	6,28	непосредственный	Пьезоэлектрический. Не используется само по себе как полупроводник;AlN-закрыть GaAlN, возможно, для ультрафиолетовых светодиодов.Неэффективная эмиссия при 210 нм была достигнута на AlN.
III-V	2	Фосфид алюминия	AlP	2,45	косвенный
III-V	2	Арсенид алюминия	Увы	2,16	косвенный
III-V	2	Алюминий антимонид	AlSb	1.6 / 2.2	косвенные / прямые
III-V	2	Нитрид галлия	GaN	3,44	непосредственный	проблематичным для легирования p-типом, p-допированием с Mg и отжигом допускаются первые высокоэффективные синие светодиоды и синие лазеры. Очень чувствителен к ОУР. Нечувствителен к ионизирующей радиации, подходит для солнечных панелей космических аппаратов. GaN-транзисторы могут работать при более высоких напряжениях и более высоких температурах, чем GaAs, которые используются в микроволновых усилителях мощности. При легировании, например, марганцем, становится магнитным полупроводником.
III-V	2	Фосфид галлия	GaP	2,26	косвенный	Используется в ранних светодиодах низкой и средней яркости: красный / оранжевый / зеленый. Используется автономно или с GaAsP.Прозрачный для желтого и красного света, используемый в качестве подложки для светодиодов красного / желтого цвета GaAsP. Допирован S или Te для n-типа, с Zn для p-типа. Чистый GaP излучает зеленый, легированный азотом GaP излучает желто-зеленый цвет, легированный ZnO GaP излучает красный цвет.
III-V	2	Арсенид галлия	GaAs	1,43	непосредственный	второй, наиболее часто используемый при использовании кремния, обычно используемый в качестве субстрата для других полупроводников III-V, например InGaAs и GaInNAs. Хрупкое. Подвижность нижних отверстий, чем кремниевые транзисторы типа Si, P-типа невозможны.Высокая плотность примесей, трудно изготовить небольшие структуры.Используется для ближнего ИК-светодиодов, быстрой электроники и высокоэффективных солнечных элементов. Очень подобная постоянная решетки к германию может быть выращена на германиевых подложках.
III-V	2	Антимонид галлия	GaSb	0,726	непосредственный	Используется для инфракрасных детекторов и светодиодов, а также для термофотовольтаики. Допированный n с Te, p с Zn.
III-V	2	Нитрид индия	Гостиница	0.7	непосредственный	Возможное использование в солнечных батареях, но допинг p-типа затруднен. Часто используются в качестве сплавов.
III-V	2	Фосфид индия	InP	1,35	непосредственный	Обычно используется в качестве субстрата для эпитаксиальных InGaAs.Превосходная скорость электронов, используемая в мощных и высокочастотных приложениях. Используется в оптоэлектронике.
III-V	2	Арсенид индия	InAs	0,36	непосредственный	Используется для инфракрасных детекторов на 1-3,8 мкм, охлаждается или неохлаждается. Высокая подвижность электронов. Точки InAs в матрице InGaAs могут служить квантовыми точками. Квантовые точки могут образовываться из монослоя InAs на InP или GaAs. Сильный фотоэлементный излучатель, используемый в качестве источника терагерцового излучения.
III-V	2	Антимонид индия	InSb	0,17	непосредственный	Используется в инфракрасных извещателях и тепловизионных датчиках, высокой квантовой эффективности, низкой стабильности, требует охлаждения, используется в военных дальномерных тепловизионных системах. AlInSb-InSb-AlInSb, используемая в качестве квантовой ямы.Очень высокая подвижность электронов, скорость электронов и баллистическая длина. Транзисторы могут работать ниже 0,5 В и выше 200 ГГц. Терагерцовые частоты, возможно, достижимы.
II-VI	2	Селенид кадмия	CdSe	1,74	непосредственный	Наночастицы используются в качестве квантовых точек. Внутренний n-тип, труднодоступный p-тип, но может быть p-типом, легированным азотом. Возможное использование в оптоэлектронике. Протестировано для высокоэффективных солнечных элементов.
II-VI	2	Сульфид кадмия	CdS	2,42	непосредственный	Используется в фоторезисторах и солнечных батареях; CdS / Cu 2 S был первым эффективным солнечным элементом. Используется в солнечных батареях с CdTe. Общие как квантовые точки. Кристаллы могут выступать в качестве твердотельных лазеров. Электролюминесцентная.При легировании может действовать как люминофор.
II-VI	2	Теллурид кадмия	CdTe	1,49	непосредственный	Используется в солнечных батареях с CdS. Используется в тонкопленочных солнечных батареях и других фотоэлектрических элементах теллурида кадмия; менее эффективен, чем кристаллический кремний, но дешевле. Высокий электрооптический эффект, используемый в электрооптических модуляторах. Флуоресцентный при 790 нм. Наночастицы можно использовать в качестве квантовых точек.
II-VI, оксид	2	Оксид цинка	ZnO	3,37	непосредственный	Фотокаталитический. Зазор в области перестраивается от 3 до 4 эВ путем легирования оксидом магния и оксидом кадмия. Внутренний n-тип, p-тип легирования трудно. Тяжелый алюминий, индий или легирование галлия дает прозрачные проводящие покрытия; ZnO: Al используется в качестве прозрачных оконных покрытий, видимых и отражающих в инфракрасной области, и в качестве проводящих пленок на ЖК-дисплеях и солнечных панелях в качестве замены оксида индия-олова.Устойчив к радиационному повреждению. Возможно использование в светодиодах и лазерных диодах. Возможное использование в случайных лазерах.
II-VI	2	Селенид цинка	ZnSe	2,7	непосредственный	Используется для синих лазеров и светодиодов. Легкое легирование n-типом, легирование p-типа затруднено, но может быть выполнено, например, азотом. Общий оптический материал в инфракрасной оптике.
II-VI	2	Сульфид цинка	ZnS	3,54 / 3,91	непосредственный	Ширина полосы 3,54 эВ (кубическая), 3,91 (гексагональная). Может быть легирован как n-типом, так и p-типом. Общий сцинтиллятор / люминофор при соответствующем легировании.
II-VI	2	Теллурид цинка	ZnTe	2,25	непосредственный	Можно выращивать на AlSb, GaSb, InAs и PbSe. Используется в солнечных батареях, компонентах СВЧ-генераторов, синих светодиодов и лазеров. Используется в электрооптиках. Вместе с ниобатом лития используется для генерации терагерцового излучения.
I-VII	2	Хлорид хлорида	CuCl	3,4	непосредственный
I-VI,	2	Сульфид меди	Cu2S	1.2	косвенный	p-type, Cu 2 S / CdS был первым эффективным тонкопленочным солнечным элементом
IV-VI	2	Селенид свинца	PbSe	0,27	непосредственный	Используется в инфракрасных извещателях для тепловидения.Нанокристаллы можно использовать в качестве квантовых точек.Хороший высокотемпературный термоэлектрический материал.
IV-VI	2	Сульфид свинца (II)	PbS	0,37		Минеральный галенит, первый полупроводник в практическом использовании, используется в детекторах усов кошки; детекторы медленны из-за высокой диэлектрической проницаемости PbS. Самый старый материал, используемый в инфракрасных извещателях. При комнатной температуре можно обнаружить СВИР, более длинные волны требуют охлаждения.
IV-VI	2	Ведущий теллурид	PbTe	0,32		Низкая теплопроводность, хороший термоэлектрический материал при повышенной температуре для термоэлектрических генераторов.
IV-VI	2	Сульфид олова	SnS	1.3 / 1.0	прямой непрямой	Сульфид олова (SnS) представляет собой полупроводник с прямым оптическим запрещенным зазором 1,3 эВ и коэффициентом поглощения выше 10 4 см -1 для энергий фотонов выше 1,3 эВ. Это полупроводник p-типа, электрические свойства которого могут быть адаптированы путем легирования и структурной модификации и стали одним из простых, нетоксичных и доступных материалов для солнечных элементов тонких пленок с десятилетия.
IV-VI	2	Сульфид олова	SnS2	2,2		SnS 2 широко используется в газочувствительных приложениях.
IV-VI	2	Оловянный теллурид	SnTe			Комплексная зонная структура.
IV-VI	3	Одиночный теллурид	PbSnTe			Используется в инфракрасных извещателях и для тепловидения.
IV-VI	3	Таллурид таллийского олова	Tl2SnTe5
IV-VI	3	Теллурид таллий-германия	Tl2GeTe5
V-VI, слоистый	2	Теллурид висмута	Bi2Te3			Эффективный термоэлектрический материал вблизи комнатной температуры при легировании селеном или сурьмой. Узкозонный слоистый полупроводник. Высокая электропроводность, низкая теплопроводность. Топологический изолятор.
II-V,	2	Фосфид кадмия	Cd3P2
II-V,	2	Арсенид кадмия	Cd3As2	0,14		Собственный полупроводник N-типа. Очень высокая подвижность электронов. Используется в инфракрасных извещателях, фотоприемниках, динамических тонкопленочных датчиках давления и магниторезисторах. Недавние измерения показывают, что 3D Cd 3 As 2на самом деле представляет собой нулевую полуразрушенную дираковую полуметалл, в которой электроны ведут себя релятивистски, как в графене.
II-V,	2	Антимонид кадмия	Cd3Sb2
II-V,	2	Фосфид цинка	Zn3P2	1,5	непосредственный
II-V,	2	Арсенид цинка	Zn3As2
II-V,	2	Антимонид цинка	Zn3Sb2			Используется в инфракрасных извещателях и тепловизорах, транзисторах и магниторезисторах.
Окись	2	Диоксид титана, анатаз	TiO2	3,2	косвенный	фотокаталитический, n-тип
Окись	2	Диоксид титана, рутил	TiO2	3,02	непосредственный	фотокаталитический, n-тип
Окись	2	Диоксид титана, брукит	TiO2	2,96
Окись	2	Оксид меди (I)	Cu2O	2,17		Один из наиболее изученных полупроводников. Многие приложения и эффекты впервые продемонстрировали это. Раньше использовались в диодах выпрямителя, перед кремнием.
Окись	2	Оксид меди (II)	CuO	1.2		Полупроводник P-типа.
Окись	2	Диоксид урана	UO2	1,3		Высокий коэффициент Зеебека, устойчивый к высоким температурам, перспективные термоэлектрические и термофотовольтные приложения.Ранее использовалась в резисторах URDOX, проводящих при высокой температуре. Устойчив к радиационному повреждению.
Окись	2	Триоксид урана	UO3
Окись	2	Триоксид висмута	Bi2O3			Ионный проводник, применение в топливных элементах.
Окись	2	Двуокись олова	SnO2	3,7		Кислородный полупроводник n-типа. Используется в газовых датчиках.
Окись	3	Титанат бария	BaTiO3	3		Сегнетоэлектрический, пьезоэлектрический. Используется в некоторых неохлаждаемых тепловизорах. Используется в нелинейной оптике.
Окись	3	Титанат стронция	SrTiO3	3,3		Сегнетоэлектрический, пьезоэлектрический. Используется в варисторах.Проводящий при легировании ниобием.
Окись	3	Ниобиат лития	LiNbO3	4		Сегнетоэлектрический, пьезоэлектрический, показывает эффект Поккеля. Широкое применение в электрооптиках и фотонике.
Окись	3	Оксид меди лантана	La2CuO4	2		сверхпроводящий при легировании барием или стронцием
Многослойные	2	Йодид свинца (II)	PbI 2
Многослойные	2	Дисульфид молибдена	MoS2	1,23 эВ (2H)	косвенный
Многослойные	2	Селенид галлия	GaSe	2,1	косвенный	Фотобарабан. Используется в нелинейной оптике.
Многослойные	2	Сульфид олова	SnS
Многослойные	2	Сульфид висмута	Bi2S3
Магнитные, разведенные (DMS)	3	Арсенид галлия марганца	GaMnAs
Магнитные, разведенные (DMS)	3	Арсенид индия марганца	InMnAs
Магнитные, разведенные (DMS)	3	Теллурид кадмия марганца	CdMnTe
Магнитные, разведенные (DMS)	3	Ведущий марганцевый теллурид	PbMnTe
магнитные	4	Манганат кальция лантана	La0,7Ca0,3MnO3			колоссальное магнитосопротивление
магнитные	2	Оксид железа (II)	FeO			антиферромагнитного
магнитные	2	Оксид никеля (II)	NiO	3,6-4,0	непосредственный	антиферромагнитного
магнитные	2	Оксид европия (II)	EuO			ферромагнитный
магнитные	2	Сульфид Europium (II)	EuS			ферромагнитный
магнитные	2	Бромид хрома (III)	CrBr3
Другие	3	Селенид меди индий, СНГ	CuInSe2	1	непосредственный
Другие	3	Серебряный сульфид галлия	AgGaS2			нелинейные оптические свойства
Другие	3	Фосфид кремния цинка	ZnSiP2
Другие	2	Сульфид мышьяка	Как 2S3			полупроводниковые как в кристаллическом, так и в стекловидном состоянии
Другие	2	Сульфид мышьяка	Как 4S4			полупроводниковые как в кристаллическом, так и в стекловидном состоянии
Другие	2	Силицид платины	PtSi			Используется в инфракрасных извещателях 1-5 мкм. Используется в инфракрасной астрономии. Высокая стабильность, низкий дрейф, используемый для измерений. Низкая квантовая эффективность.
Другие	2	Висмут (III) иодид	BiI3
Другие	2	Йодид ртути (II)	HgI2			Используется в некоторых гамма-лучах и рентгеновских детекторах и системах визуализации, работающих при комнатной температуре.
Другие	2	Бромид таллия (I)	TlBr			Используется в некоторых гамма-лучах и рентгеновских детекторах и системах визуализации, работающих при комнатной температуре.Используется как рентгеновский датчик изображения в реальном времени.
Другие	2	Сульфид серебра	Ag2S	0.9
Другие	2	Диснелид железа	FeS2	0,95		Минеральный пирит. Используется в более поздних кошачьих детекторах вискеров, исследованных для солнечных батарей.
Другие	4	Медный цинковый оловосодержащий сульфид, CZTS	Cu2ZnSnS4	1,49	непосредственный	Cu 2 ZnSnS 4 получен из CIGS, заменяя Indium / Gallium землей обильным цинком / оловом.
Другие	4	Медь сульфид сурьмы цинка, CZAS	Cu1,18Zn0,40Sb1,90S7,2	2,2	непосредственный	Сульфид сурьмы сульфида цинка получают из сульфида сурьмы из меди (CAS), класса соединений класса famatinite.
Другие	3	Медь сульфид олова, CTS	Cu2SnS3	0,91	непосредственный	Cu 2 SnS 3 представляет собой полупроводник p-типа и может использоваться в тонкопленочных солнечных элементах.