元素半导体（用于二极管等的材料）

简介

元素半导体（element semiconductor）是由同种元素组成的具有半导体特性的固体材料，即电阻率约为10～10Ω·cm，微量杂质和外界条件变化都会显著改变其导电性能的固体材料。周期表中，金属和非金属元素之间有十二种具有半导体性质的元素，硼(B)、金刚石(C)、硅(Si)、锗(Ge)、灰-锡(Sn)、磷(P)、灰-砷(As)、黑-锑(Sb)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、碘(I)。

但其中的大多数是不稳定的，硫、磷、砷、锑、碘都易挥发，灰一锡低温下才稳定，现认为是禁带宽度为零的典型半金属材料，室温下转变成无半导体性质的白-锡。硼的熔点太高，不易制备单晶。只有锗、硅性能优越．是获得了广泛应用的典型元素半导体材料。此外，硒在电子照相和光电领域中也获得了新的用途。

元素半导体举例

硅和锗是我们最熟悉的元素半导体。锗是最早实现提纯和完美晶体生长，并最早用来制造晶体管的半导体材料。但是，由于锗的禁带较窄，锗器件的稳定工作温度远不如硅器件高，加之资源有限，其重要地位早在半导体工业发展初期就被硅所取代。目前，锗仅以其较高的载流子迁移率和在某些重掺杂情况下的高度红外敏感特性，在低频小功率晶体管以及远红外探测器等方面维持着有限的应用。最近，由于半导体能带工程研究的兴起，锗硅合金因其能带结构可以根据需要而改变受到普遍重视，锗作为这种合金的主要成分而得到新的应用。

硅以其优越的物理性质、成熟而较为容易的制备方法以及地球上丰富的资源而成为当前应用最为广泛的元素半导体。硅在地壳中的资源含量约为27%，因而自20世纪50年代末起，随着提纯和晶体生长技术以及硅平面工艺的发展，硅很快就在半导体工业中取代了锗的位置。到目前为止，二极管、晶体管和集成电路的制造，仍然是半导体工业的核心内容，而晶体硅则是制造这些器件的最主要材料。

硅在半导体工业中获得最广泛的应用，这在很大程度上得益于二氧化硅的特殊性质。首先，二氧化硅薄膜层能够有效地掩蔽大多数重要的受主和施主杂质的扩散，从而为器件制造工艺中的选择扩散提供了最理想的掩膜，使器件的集合图形可以得到精确的控制；其次，有氧化膜的硅表面比自由表面有更好的电特性，因而硅器件比较容易解决表面的钝化问题，容易使器件特性获得良好的重复性和稳定性；此外，由于二氧化硅是一种性能很稳定的绝缘体，将它夹在硅与金属之间构成的金属一氧化物一半导体结构。是MOS型场效应晶体管的基础，这是一种只利用多数载流子工作的单极性器件。由于化合物半导体材料的氧化物在性质上都存在着一些尚难克服的短处，硅MOSFET是目前唯一能够普遍应用的MOS器件。

构成

具有半导体特性的元素，如硅、锗、硼、硒、碲、碳、碘等组成的材料。其导电能力介乎导体和绝缘体之间。。主要采用直拉法、区熔法或外延法制备。工业上应用最多的是硅、锗、硒。用于制作各种晶体管、整流器、集成电路、太阳能电池等方面。其他硼、碳（金刚石、石墨）、碲、碘及红磷、灰砷、灰锑、灰铅、硫也是半导体，但都尚未得到应用。

性质

典型的半导体材料居于Ⅳ-A族，它们都具有明显的共价键；都以金刚石型结构结晶；它们的带隙宽度随原子序数的增加而递减，其原因是其键合能随电子层数的增加而减小。V-A族都是某一种同素异形体具有半导体性质，其带隙宽度亦随原子序数的增加而减小。