Ο πιο διάσημος ημιαγωγός είναι το πυρίτιο (Si). Εκτός όμως από αυτόν, υπάρχουν και πολλοί άλλοι. Ένα παράδειγμα είναι τέτοια φυσικά υλικά ημιαγωγών όπως το μείγμα ψευδαργύρου (ZnS), ο χαλκός (Cu2O), το γαλένα (PbS) και πολλά άλλα. Η οικογένεια ημιαγωγών, συμπεριλαμβανομένων των ημιαγωγών που συντίθενται σε εργαστήριο, είναι μια από τις πιο ευέλικτες κατηγορίες υλικών που είναι γνωστές στον άνθρωπο.
Χαρακτηρισμός ημιαγωγών
Από τα 104 στοιχεία του περιοδικού πίνακα, τα 79 είναι μέταλλα, τα 25 είναι αμέταλλα, εκ των οποίων 13 χημικά στοιχεία έχουν ημιαγωγικές ιδιότητες και 12 είναι διηλεκτρικά. Η κύρια διαφορά μεταξύ των ημιαγωγών είναι ότι η ηλεκτρική τους αγωγιμότητα αυξάνεται σημαντικά με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σε χαμηλές θερμοκρασίες συμπεριφέρονται σαν διηλεκτρικά, και σε υψηλές θερμοκρασίες συμπεριφέρονται σαν αγωγοί. Έτσι διαφέρουν οι ημιαγωγοί από τα μέταλλα: η αντίσταση του μετάλλου αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση της θερμοκρασίας.
Μια άλλη διαφορά μεταξύ ενός ημιαγωγού και ενός μετάλλου είναι ότι η αντίσταση ενός ημιαγωγούπέφτει υπό την επίδραση του φωτός, ενώ το τελευταίο δεν επηρεάζει το μέταλλο. Η αγωγιμότητα των ημιαγωγών αλλάζει επίσης όταν εισάγεται μικρή ποσότητα ακαθαρσιών.
Οι ημιαγωγοί βρίσκονται μεταξύ χημικών ενώσεων με ποικιλία κρυσταλλικών δομών. Αυτά μπορεί να είναι στοιχεία όπως το πυρίτιο και το σελήνιο ή δυαδικές ενώσεις όπως το αρσενίδιο του γαλλίου. Πολλές οργανικές ενώσεις, όπως το πολυακετυλένιο (CH)n, είναι υλικά ημιαγωγών. Μερικοί ημιαγωγοί εμφανίζουν μαγνητικές (Cd1-xMnxTe) ή σιδηροηλεκτρικές ιδιότητες (SbSI). Άλλοι με επαρκή ντόπινγκ γίνονται υπεραγωγοί (GeTe και SrTiO3). Πολλοί από τους υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα έχουν μη μεταλλικές ημιαγώγιμες φάσεις. Για παράδειγμα, το La2CuO4 είναι ημιαγωγός, αλλά όταν κραματώνεται με Sr γίνεται υπεραγωγός (La1-x Srx)2CuO4.
Τα εγχειρίδια φυσικής ορίζουν τον ημιαγωγό ως υλικό με ηλεκτρική αντίσταση από 10-4 έως 107 Ohm·m. Ένας εναλλακτικός ορισμός είναι επίσης δυνατός. Το διάκενο ζώνης ενός ημιαγωγού είναι από 0 έως 3 eV. Τα μέταλλα και τα ημιμέταλλα είναι υλικά με μηδενικό ενεργειακό χάσμα και οι ουσίες στις οποίες υπερβαίνει τα 3 eV ονομάζονται μονωτές. Υπάρχουν και εξαιρέσεις. Για παράδειγμα, το διαμάντι ημιαγωγών έχει διάκενο ζώνης 6 eV, ημιμονωτικό GaAs - 1,5 eV. Το GaN, ένα υλικό για οπτοηλεκτρονικές συσκευές στην μπλε περιοχή, έχει διάκενο ζώνης 3,5 eV.
Ενεργειακό χάσμα
Τα τροχιακά σθένους των ατόμων στο κρυσταλλικό πλέγμα χωρίζονται σε δύο ομάδες ενεργειακών επιπέδων - την ελεύθερη ζώνη που βρίσκεται στο υψηλότερο επίπεδο και καθορίζει την ηλεκτρική αγωγιμότητα των ημιαγωγών και τη ζώνη σθένους που βρίσκεται παρακάτω. Αυτά τα επίπεδα, ανάλογα με τη συμμετρία του κρυσταλλικού πλέγματος και τη σύνθεση των ατόμων, μπορούν να τέμνονται ή να βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους. Στην τελευταία περίπτωση, εμφανίζεται ένα ενεργειακό κενό ή, με άλλα λόγια, μια απαγορευμένη ζώνη μεταξύ των ζωνών.
Η θέση και η πλήρωση των επιπέδων καθορίζει τις αγώγιμες ιδιότητες της ουσίας. Σε αυτή τη βάση, οι ουσίες χωρίζονται σε αγωγούς, μονωτές και ημιαγωγούς. Το πλάτος της ζώνης του ημιαγωγού κυμαίνεται μεταξύ 0,01–3 eV, το ενεργειακό χάσμα του διηλεκτρικού υπερβαίνει τα 3 eV. Τα μέταλλα δεν έχουν ενεργειακά κενά λόγω επικαλυπτόμενων επιπέδων.
Οι ημιαγωγοί και τα διηλεκτρικά, σε αντίθεση με τα μέταλλα, έχουν μια ζώνη σθένους γεμάτη με ηλεκτρόνια και η πλησιέστερη ελεύθερη ζώνη, ή ζώνη αγωγιμότητας, είναι περιφραγμένη από τη ζώνη σθένους με ένα ενεργειακό κενό - μια περιοχή απαγορευμένων ενεργειών ηλεκτρονίων.
Στα διηλεκτρικά, η θερμική ενέργεια ή ένα ασήμαντο ηλεκτρικό πεδίο δεν αρκεί για να κάνει ένα άλμα μέσα από αυτό το διάκενο, τα ηλεκτρόνια δεν εισέρχονται στη ζώνη αγωγιμότητας. Δεν μπορούν να κινηθούν κατά μήκος του κρυσταλλικού πλέγματος και να γίνουν φορείς ηλεκτρικού ρεύματος.
Για να διεγείρει την ηλεκτρική αγωγιμότητα, ένα ηλεκτρόνιο σε επίπεδο σθένους πρέπει να λάβει ενέργεια που θα ήταν αρκετή για να υπερνικήσει την ενέργειαχάσμα. Μόνο όταν απορροφά ποσότητα ενέργειας όχι μικρότερη από την τιμή του ενεργειακού κενού, το ηλεκτρόνιο θα μετακινηθεί από το επίπεδο σθένους στο επίπεδο αγωγιμότητας.
Σε περίπτωση που το πλάτος του ενεργειακού χάσματος υπερβαίνει τα 4 eV, η διέγερση της αγωγιμότητας των ημιαγωγών με ακτινοβολία ή θέρμανση είναι πρακτικά αδύνατη - η ενέργεια διέγερσης των ηλεκτρονίων στη θερμοκρασία τήξης είναι ανεπαρκής για να μεταπηδήσει στη ζώνη του ενεργειακού διακένου. Όταν θερμανθεί, ο κρύσταλλος θα λιώσει μέχρι να συμβεί ηλεκτρονική αγωγιμότητα. Αυτές οι ουσίες περιλαμβάνουν χαλαζία (dE=5,2 eV), διαμάντι (dE=5,1 eV), πολλά άλατα.
Ακαθαρσία και εγγενής αγωγιμότητα ημιαγωγών
Οι καθαροί κρύσταλλοι ημιαγωγών έχουν τη δική τους αγωγιμότητα. Τέτοιοι ημιαγωγοί ονομάζονται ενδογενείς. Ένας εγγενής ημιαγωγός περιέχει ίσο αριθμό οπών και ελεύθερων ηλεκτρονίων. Όταν θερμαίνεται, η εγγενής αγωγιμότητα των ημιαγωγών αυξάνεται. Σε μια σταθερή θερμοκρασία, προκύπτει μια κατάσταση δυναμικής ισορροπίας στον αριθμό των ζευγών ηλεκτρονίων-οπών που σχηματίζονται και στον αριθμό των ανασυνδυαζόμενων ηλεκτρονίων και οπών, τα οποία παραμένουν σταθερά υπό δεδομένες συνθήκες.
Η παρουσία ακαθαρσιών έχει σημαντικό αντίκτυπο στην ηλεκτρική αγωγιμότητα των ημιαγωγών. Η προσθήκη τους καθιστά δυνατή την κατά πολύ αύξηση του αριθμού των ελεύθερων ηλεκτρονίων με μικρό αριθμό οπών και την αύξηση του αριθμού των οπών με μικρό αριθμό ηλεκτρονίων στο επίπεδο αγωγιμότητας. Οι ημιαγωγοί ακαθαρσίας είναι αγωγοί με αγωγιμότητα ακαθαρσιών.
Οι προσμίξεις που δίνουν εύκολα ηλεκτρόνια ονομάζονται ακαθαρσίες δότη. Οι ακαθαρσίες δότη μπορεί να είναι χημικά στοιχεία με άτομα των οποίων τα επίπεδα σθένους περιέχουν περισσότερα ηλεκτρόνια από τα άτομα της βασικής ουσίας. Για παράδειγμα, ο φώσφορος και το βισμούθιο είναι ακαθαρσίες δότες πυριτίου.
Η ενέργεια που απαιτείται για να μεταπηδήσει ένα ηλεκτρόνιο στην περιοχή αγωγιμότητας ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης. Οι ημιαγωγοί ακαθαρσίας χρειάζονται πολύ λιγότερο από αυτό από το βασικό υλικό. Με μια ελαφρά θέρμανση ή φωτισμό, απελευθερώνονται κυρίως τα ηλεκτρόνια των ατόμων των ημιαγωγών ακαθαρσίας. Η θέση του ηλεκτρονίου που φεύγει από το άτομο καταλαμβάνεται από μια οπή. Αλλά ο ανασυνδυασμός ηλεκτρονίων σε οπές πρακτικά δεν συμβαίνει. Η αγωγιμότητα της οπής του δότη είναι αμελητέα. Αυτό συμβαίνει επειδή ο μικρός αριθμός ατόμων ακαθαρσίας δεν επιτρέπει στα ελεύθερα ηλεκτρόνια να πλησιάζουν συχνά την οπή και να την καταλαμβάνουν. Τα ηλεκτρόνια βρίσκονται κοντά σε τρύπες, αλλά δεν μπορούν να τις γεμίσουν λόγω ανεπαρκούς ενεργειακού επιπέδου.
Ασήμαντη προσθήκη ακαθαρσίας δότη κατά πολλές τάξεις μεγέθους αυξάνει τον αριθμό των ηλεκτρονίων αγωγιμότητας σε σύγκριση με τον αριθμό των ελεύθερων ηλεκτρονίων στον εγγενή ημιαγωγό. Τα ηλεκτρόνια εδώ είναι οι κύριοι φορείς φορτίου των ατόμων των προσμίξεων ημιαγωγών. Αυτές οι ουσίες ταξινομούνται ως ημιαγωγοί τύπου n.
Οι προσμίξεις που δεσμεύουν τα ηλεκτρόνια ενός ημιαγωγού, αυξάνοντας τον αριθμό των οπών σε αυτόν, ονομάζονται δέκτης. Οι ακαθαρσίες δέκτη είναι χημικά στοιχεία με λιγότερα ηλεκτρόνια σε επίπεδο σθένους από τον ημιαγωγό βάσης. Βόριο, γάλλιο, ίνδιο - δέκτηςακαθαρσίες για πυρίτιο.
Τα χαρακτηριστικά ενός ημιαγωγού εξαρτώνται από τα ελαττώματα στην κρυσταλλική του δομή. Αυτός είναι ο λόγος για την ανάγκη ανάπτυξης εξαιρετικά καθαρών κρυστάλλων. Οι παράμετροι αγωγιμότητας ημιαγωγών ελέγχονται με την προσθήκη προσμείξεων. Οι κρύσταλλοι πυριτίου είναι ντοπαρισμένοι με φώσφορο (στοιχείο υποομάδας V), που είναι δότης, για να δημιουργηθεί ένας κρύσταλλος πυριτίου τύπου n. Για να ληφθεί ένας κρύσταλλος με αγωγιμότητα οπής, ένας δέκτης βορίου εισάγεται στο πυρίτιο. Με παρόμοιο τρόπο δημιουργούνται ημιαγωγοί με αντισταθμισμένο επίπεδο Fermi για να το μετακινήσετε στη μέση του κενού ζώνης.
Ημιαγωγοί μονής κυψέλης
Ο πιο κοινός ημιαγωγός είναι, φυσικά, το πυρίτιο. Μαζί με το γερμάνιο, έγινε το πρωτότυπο για μια ευρεία κατηγορία ημιαγωγών με παρόμοιες κρυσταλλικές δομές.
Η δομή των κρυστάλλων Si και Ge είναι ίδια με αυτή του διαμαντιού και του α-κασσιτέρου. Σε αυτό, κάθε άτομο περιβάλλεται από 4 πλησιέστερα άτομα, τα οποία σχηματίζουν ένα τετράεδρο. Αυτός ο συντονισμός ονομάζεται τετραπλός. Οι τετρα-συνδεδεμένοι κρύσταλλοι έχουν γίνει η βάση της βιομηχανίας ηλεκτρονικών και διαδραματίζουν βασικό ρόλο στη σύγχρονη τεχνολογία. Μερικά στοιχεία των ομάδων V και VI του περιοδικού πίνακα είναι επίσης ημιαγωγοί. Παραδείγματα ημιαγωγών αυτού του τύπου είναι ο φώσφορος (P), το θείο (S), το σελήνιο (Se) και το τελλούριο (Te). Σε αυτούς τους ημιαγωγούς, τα άτομα μπορεί να έχουν τριπλό (P), διπλό (S, Se, Te) ή τετραπλό συντονισμό. Ως αποτέλεσμα, παρόμοια στοιχεία μπορεί να υπάρχουν σε πολλά διαφορετικάκρυσταλλικές δομές, και επίσης να λαμβάνονται με τη μορφή γυαλιού. Για παράδειγμα, το Se έχει αναπτυχθεί σε μονοκλινικές και τριγωνικές κρυσταλλικές δομές ή ως γυαλί (το οποίο μπορεί επίσης να θεωρηθεί πολυμερές).
- Το διαμάντι έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, εξαιρετικά μηχανικά και οπτικά χαρακτηριστικά, υψηλή μηχανική αντοχή. Πλάτος ενεργειακού κενού - dE=5,47 eV.
- Το πυρίτιο είναι ένας ημιαγωγός που χρησιμοποιείται σε ηλιακά κύτταρα και σε άμορφη μορφή σε ηλιακά κύτταρα λεπτής μεμβράνης. Είναι ο πιο χρησιμοποιούμενος ημιαγωγός σε ηλιακά κύτταρα, εύκολος στην κατασκευή και έχει καλές ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες. dE=1,12 eV.
- Το γερμάνιο είναι ένας ημιαγωγός που χρησιμοποιείται στη φασματοσκοπία γάμμα, σε φωτοβολταϊκά κύτταρα υψηλής απόδοσης. Χρησιμοποιήθηκε στις πρώτες διόδους και τρανζίστορ. Απαιτεί λιγότερο καθαρισμό από το πυρίτιο. dE=0,67 eV.
- Το σελήνιο είναι ένας ημιαγωγός που χρησιμοποιείται σε ανορθωτές σεληνίου, οι οποίοι έχουν υψηλή αντοχή στην ακτινοβολία και ικανότητα αυτοθεραπείας.
Ενώσεις δύο στοιχείων
Οι ιδιότητες των ημιαγωγών που σχηματίζονται από στοιχεία της 3ης και 4ης ομάδας του περιοδικού πίνακα μοιάζουν με τις ιδιότητες των ουσιών της 4ης ομάδας. Μετάβαση από στοιχεία της ομάδας 4 στις ενώσεις 3–4 γρ. καθιστά τους δεσμούς μερικώς ιονικούς λόγω της μεταφοράς φορτίου ηλεκτρονίων από το άτομο της ομάδας 3 στο άτομο της ομάδας 4. Η ιοντικότητα αλλάζει τις ιδιότητες των ημιαγωγών. Είναι ο λόγος για την αύξηση της αλληλεπίδρασης του αλληλεπίδρασης Coulomb και της ενέργειας του ενεργειακού κενού ζωνώνδομές ηλεκτρονίων. Ένα παράδειγμα δυαδικής ένωσης αυτού του τύπου είναι το αντιμονίδιο του ινδίου InSb, το αρσενίδιο του γαλλίου GaAs, το αντιμονίδιο του γαλλίου GaSb, το φωσφίδιο του ινδίου InP, το αντιμονίδιο αλουμινίου AlSb, το φωσφίδιο του γαλλίου GaP.
Η ιοντικότητα αυξάνεται και η αξία της αυξάνεται ακόμη περισσότερο σε ενώσεις ουσιών των ομάδων 2-6, όπως σεληνιούχο κάδμιο, θειούχο ψευδάργυρο, θειούχο κάδμιο, τελλουρίδιο του καδμίου, σεληνιούχο ψευδάργυρο. Ως αποτέλεσμα, οι περισσότερες ενώσεις των ομάδων 2-6 έχουν διάκενο ζώνης μεγαλύτερο από 1 eV, εκτός από τις ενώσεις υδραργύρου. Ο τελλουρίδης υδράργυρος είναι ένας ημιαγωγός χωρίς ενεργειακό κενό, ένα ημιμέταλλο, όπως ο α-κασσίτερος.
Ομάδα 2-6 ημιαγωγοί με μεγάλο ενεργειακό κενό χρησιμοποιούνται για την παραγωγή λέιζερ και οθονών. Οι δυαδικές συνδέσεις 2-6 ομάδων με περιορισμένο ενεργειακό κενό είναι κατάλληλες για δέκτες υπερύθρων. Οι δυαδικές ενώσεις των στοιχείων των ομάδων 1–7 (βρωμιούχος χαλκός CuBr, ιωδιούχος άργυρος AgI, χλωριούχος χαλκός CuCl) λόγω της υψηλής ιονικότητας τους έχουν διάκενο ζώνης μεγαλύτερο από 3 eV. Στην πραγματικότητα δεν είναι ημιαγωγοί, αλλά μονωτές. Η αύξηση της ενέργειας αγκύρωσης του κρυστάλλου λόγω της διαιονικής αλληλεπίδρασης Coulomb συμβάλλει στη δόμηση των ατόμων αλατιού με εξαπλάσιο και όχι τετραγωνικό συντονισμό. Οι ενώσεις των ομάδων 4-6 - θειούχος και τελλουρίδιο μολύβδου, θειούχος κασσίτερος - είναι επίσης ημιαγωγοί. Ο βαθμός ιονισμού αυτών των ουσιών συμβάλλει επίσης στον σχηματισμό εξαπλάσιου συντονισμού. Η σημαντική ιοντικότητα δεν τους εμποδίζει να έχουν πολύ στενά κενά ζώνης, γεγονός που τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται για τη λήψη υπέρυθρης ακτινοβολίας. Το νιτρίδιο του γαλλίου - μια ένωση 3-5 ομάδων με μεγάλο ενεργειακό χάσμα, έχει βρει εφαρμογή σε ημιαγωγούςλέιζερ και LED που λειτουργούν στο μπλε μέρος του φάσματος.
- Το GaAs, το αρσενίδιο του γαλλίου, είναι ο δεύτερος πιο χρησιμοποιούμενος ημιαγωγός μετά το πυρίτιο, που χρησιμοποιείται συνήθως ως υπόστρωμα για άλλους αγωγούς όπως GaInNAs και InGaAs, σε διόδους IR, μικροκυκλώματα και τρανζίστορ υψηλής συχνότητας, ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης, διόδους λέιζερ, ανιχνευτές πυρηνικής θεραπείας. dE=1,43 eV, γεγονός που καθιστά δυνατή την αύξηση της ισχύος των συσκευών σε σύγκριση με το πυρίτιο. Εύθραυστο, περιέχει περισσότερες ακαθαρσίες, δύσκολο να κατασκευαστεί.
- ZnS, θειούχος ψευδάργυρος - άλας ψευδάργυρου υδροσουλφιδικού οξέος με διάκενο ζώνης 3,54 και 3,91 eV, που χρησιμοποιείται σε λέιζερ και ως φώσφορος.
- SnS, θειούχος κασσίτερος - ένας ημιαγωγός που χρησιμοποιείται σε φωτοαντιστάσεις και φωτοδίοδοι, dE=1, 3 και 10 eV.
Οξείδια
Τα οξείδια μετάλλων είναι ως επί το πλείστον εξαιρετικοί μονωτές, αλλά υπάρχουν και εξαιρέσεις. Παραδείγματα ημιαγωγών αυτού του τύπου είναι το οξείδιο του νικελίου, το οξείδιο του χαλκού, το οξείδιο του κοβαλτίου, το διοξείδιο του χαλκού, το οξείδιο του σιδήρου, το οξείδιο του ευρωπίου, το οξείδιο του ψευδαργύρου. Δεδομένου ότι το διοξείδιο του χαλκού υπάρχει ως ορυκτό χαλκό, οι ιδιότητές του έχουν ερευνηθεί εκτενώς. Η διαδικασία για την ανάπτυξη ημιαγωγών αυτού του τύπου δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητή, επομένως η εφαρμογή τους εξακολουθεί να είναι περιορισμένη. Η εξαίρεση είναι το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO), μια ένωση της ομάδας 2-6 που χρησιμοποιείται ως μετατροπέας και στην παραγωγή κολλητικών ταινιών και σοβάδων.
Η κατάσταση άλλαξε δραματικά μετά την ανακάλυψη υπεραγωγιμότητας σε πολλές ενώσεις χαλκού με οξυγόνο. ΠρώταΟ υπεραγωγός υψηλής θερμοκρασίας που ανακαλύφθηκε από τους Müller και Bednorz ήταν μια ένωση βασισμένη στον ημιαγωγό La2CuO4 με ενεργειακό κενό 2 eV. Αντικαθιστώντας το τρισθενές λανθάνιο με δισθενές βάριο ή στρόντιο, εισάγονται φορείς φορτίου οπής στον ημιαγωγό. Η επίτευξη της απαιτούμενης συγκέντρωσης οπών μετατρέπει το La2CuO4 σε υπεραγωγό. Προς το παρόν, η υψηλότερη θερμοκρασία μετάβασης στην υπεραγώγιμη κατάσταση ανήκει στην ένωση HgBaCa2Cu3O8. Σε υψηλή πίεση, η τιμή του είναι 134 K.
Το
ZnO, οξείδιο του ψευδαργύρου, χρησιμοποιείται σε βαρίστορ, μπλε LED, αισθητήρες αερίων, βιολογικούς αισθητήρες, επιστρώσεις παραθύρων για να αντανακλούν το υπέρυθρο φως, ως αγωγός σε οθόνες LCD και ηλιακούς συλλέκτες. dE=3,37 eV.
Κρύσταλλοι στρώσεων
Διπλές ενώσεις όπως το διιωδιούχο μόλυβδο, το σεληνιούχο γάλλιο και το δισουλφίδιο του μολυβδαινίου χαρακτηρίζονται από μια στρωματοποιημένη κρυσταλλική δομή. Ομοιοπολικοί δεσμοί σημαντικής αντοχής δρουν στα στρώματα, πολύ ισχυρότεροι από τους δεσμούς van der Waals μεταξύ των ίδιων των στρωμάτων. Οι ημιαγωγοί αυτού του τύπου είναι ενδιαφέροντες στο ότι τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται σχεδόν δισδιάστατα σε στρώματα. Η αλληλεπίδραση των στρωμάτων αλλάζει με την εισαγωγή ξένων ατόμων - παρεμβολή.
MoS2, Το δισουλφίδιο του μολυβδαινίου χρησιμοποιείται σε ανιχνευτές υψηλής συχνότητας, ανορθωτές, memristors, τρανζίστορ. dE=1,23 και 1,8 eV.
Οργανικοί ημιαγωγοί
Παραδείγματα ημιαγωγών με βάση οργανικές ενώσεις - ναφθαλίνη, πολυακετυλένιο(CH2) , ανθρακένιο, πολυδιακετυλένιο, φθαλοκυανίδια, πολυβινυλοκαρβαζόλη. Οι οργανικοί ημιαγωγοί έχουν ένα πλεονέκτημα έναντι των ανόργανων: είναι εύκολο να τους προσδώσουν τις επιθυμητές ιδιότητες. Ουσίες με συζευγμένους δεσμούς του τύπου –С=С–С=έχουν σημαντική οπτική μη γραμμικότητα και, λόγω αυτού, χρησιμοποιούνται στην οπτοηλεκτρονική. Επιπλέον, οι ζώνες ενεργειακής ασυνέχειας των οργανικών ημιαγωγών αλλάζουν με την αλλαγή του σύνθετου τύπου, ο οποίος είναι πολύ πιο εύκολος από αυτόν των συμβατικών ημιαγωγών. Τα κρυσταλλικά αλλοτρόπα του άνθρακα φουλλερένιο, γραφένιο, νανοσωλήνες είναι επίσης ημιαγωγοί.
- Το φουλερένιο έχει μια δομή με τη μορφή ενός κυρτού κλειστού πολυέδρου ζυγού αριθμού ατόμων άνθρακα. Και το ντόπινγκ φουλερένιο C60 με αλκαλικό μέταλλο το μετατρέπει σε υπεραγωγό.
- Το γραφένιο σχηματίζεται από ένα μονοατομικό στρώμα άνθρακα συνδεδεμένο σε ένα δισδιάστατο εξαγωνικό πλέγμα. Έχει ρεκόρ θερμικής αγωγιμότητας και κινητικότητας ηλεκτρονίων, υψηλή ακαμψία
- Οι νανοσωλήνες είναι πλάκες γραφίτη τυλιγμένες σε σωλήνα, με διάμετρο μερικών νανόμετρων. Αυτές οι μορφές άνθρακα υπόσχονται πολλά στη νανοηλεκτρονική. Μπορεί να παρουσιάζει μεταλλικές ή ημιαγώγιμες ιδιότητες ανάλογα με τη σύζευξη.
Μαγνητικοί ημιαγωγοί
Οι ενώσεις με μαγνητικά ιόντα ευρωπίου και μαγγανίου έχουν περίεργες μαγνητικές και ημιαγωγικές ιδιότητες. Παραδείγματα ημιαγωγών αυτού του τύπου είναι το θειούχο ευρώπιο, το σεληνιούχο ευρώπιο και στερεά διαλύματα όπωςCd1-xMnxTe. Το περιεχόμενο των μαγνητικών ιόντων επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο εκδηλώνονται στις ουσίες μαγνητικές ιδιότητες όπως ο αντισιδηρομαγνητισμός και ο σιδηρομαγνητισμός. Οι ημιμαγνητικοί ημιαγωγοί είναι στερεά μαγνητικά διαλύματα ημιαγωγών που περιέχουν μαγνητικά ιόντα σε μικρή συγκέντρωση. Τέτοιες συμπαγείς λύσεις προσελκύουν την προσοχή λόγω της υπόσχεσής τους και των μεγάλων δυνατοτήτων τους για πιθανές εφαρμογές. Για παράδειγμα, σε αντίθεση με τους μη μαγνητικούς ημιαγωγούς, μπορούν να επιτύχουν ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη περιστροφή Faraday.
Τα ισχυρά μαγνητο-οπτικά αποτελέσματα των μαγνητικών ημιαγωγών καθιστούν δυνατή τη χρήση τους για οπτική διαμόρφωση. Οι περοβσκίτες όπως το Mn0, 7Ca0, 3O3, ξεπερνούν το μέταλλο - ένας ημιαγωγός, η άμεση εξάρτηση του οποίου από το μαγνητικό πεδίο έχει ως αποτέλεσμα το φαινόμενο της γιγαντιαίας μαγνητοαντίστασης. Χρησιμοποιούνται στη ραδιομηχανική, οπτικές συσκευές που ελέγχονται από μαγνητικό πεδίο, σε κυματοδηγούς συσκευών μικροκυμάτων.
Σιδηροηλεκτρικά ημιαγωγοί
Αυτός ο τύπος κρυστάλλων διακρίνεται από την παρουσία ηλεκτρικών ροπών σε αυτούς και την εμφάνιση αυθόρμητης πόλωσης. Για παράδειγμα, ημιαγωγοί όπως τιτανικό μόλυβδο PbTiO3, τιτανικό βάριο BaTiO3, τελλουρίδιο γερμανίου GeTe, τελλουρίδιο κασσίτερου SnTe, που σε χαμηλές θερμοκρασίες έχουν ιδιότητες σιδηροηλεκτρικό. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται σε μη γραμμικούς οπτικούς αισθητήρες, αισθητήρες μνήμης και πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες.
Ποικιλία υλικών ημιαγωγών
Επιπλέον των παραπάνωουσίες ημιαγωγών, υπάρχουν πολλές άλλες που δεν εμπίπτουν σε κανέναν από τους αναφερόμενους τύπους. Συνδέσεις στοιχείων σύμφωνα με τον τύπο 1-3-52 (AgGaS2) και 2-4-52 (ZnSiP2) σχηματίζουν κρυστάλλους στη δομή του χαλκοπυρίτη. Οι δεσμοί των ενώσεων είναι τετραεδρικοί, παρόμοιοι με ημιαγωγούς των ομάδων 3-5 και 2-6 με την κρυσταλλική δομή του μίγματος ψευδαργύρου. Οι ενώσεις που σχηματίζουν τα στοιχεία των ημιαγωγών των ομάδων 5 και 6 (όπως As2Se3) είναι ημιαγωγοί με τη μορφή κρυστάλλου ή γυαλιού. Τα χαλκογονίδια του βισμούθιου και του αντιμονίου χρησιμοποιούνται σε θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ημιαγωγών. Οι ιδιότητες των ημιαγωγών αυτού του τύπου είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσες, αλλά δεν έχουν κερδίσει δημοτικότητα λόγω της περιορισμένης εφαρμογής τους. Ωστόσο, το γεγονός ότι υπάρχουν επιβεβαιώνει την ύπαρξη περιοχών της φυσικής ημιαγωγών που δεν έχουν ακόμη διερευνηθεί πλήρως.
