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Lista de materiales semiconductores

Los materiales semiconductores son, nominalmente, aislantes de banda prohibida pequeña . La propiedad definitoria de un material semiconductor es que puede verse comprometido al doparlo con impurezas que alteran sus propiedades electrónicas de una manera controlable. [1] Debido a su aplicación en la industria informática y fotovoltaica (en dispositivos como transistores , láseres y células solares ), la búsqueda de nuevos materiales semiconductores y la mejora de los materiales existentes es un campo de estudio importante en la ciencia de los materiales .

Los materiales semiconductores más utilizados son sólidos inorgánicos cristalinos . Estos materiales se clasifican según los grupos de la tabla periódica de sus átomos constituyentes .

Los distintos materiales semiconductores difieren en sus propiedades. Por lo tanto, en comparación con el silicio , los semiconductores compuestos tienen ventajas y desventajas. Por ejemplo, el arseniuro de galio (GaAs) tiene una movilidad electrónica seis veces mayor que el silicio, lo que permite un funcionamiento más rápido; una brecha de banda más amplia , que permite el funcionamiento de dispositivos de potencia a temperaturas más altas y proporciona un menor ruido térmico a dispositivos de baja potencia a temperatura ambiente; su brecha de banda directa le confiere propiedades optoelectrónicas más favorables que la brecha de banda indirecta del silicio; se puede alear en composiciones ternarias y cuaternarias, con un ancho de brecha de banda ajustable, lo que permite la emisión de luz en longitudes de onda elegidas, lo que hace posible la coincidencia con las longitudes de onda transmitidas de forma más eficiente a través de fibras ópticas. El GaAs también se puede cultivar en una forma semiaislante, que es adecuada como sustrato aislante de coincidencia de red para dispositivos de GaAs. Por el contrario, el silicio es robusto, barato y fácil de procesar, mientras que el GaAs es frágil y caro, y las capas de aislamiento no se pueden crear simplemente cultivando una capa de óxido; por lo tanto, el GaAs se utiliza solo cuando el silicio no es suficiente. [2]

Al alearse compuestos múltiples, algunos materiales semiconductores son ajustables, por ejemplo, en el intervalo de banda o en la constante de red . El resultado son composiciones ternarias, cuaternarias o incluso quinarias. Las composiciones ternarias permiten ajustar el intervalo de banda dentro del rango de los compuestos binarios involucrados; sin embargo, en caso de combinación de materiales de intervalo de banda directo e indirecto, existe una relación en la que prevalece el intervalo de banda indirecto, lo que limita el rango utilizable para optoelectrónica; por ejemplo, los LED de AlGaAs están limitados a 660 nm por esto. Las constantes de red de los compuestos también tienden a ser diferentes, y el desajuste de red contra el sustrato, que depende de la relación de mezcla, causa defectos en cantidades que dependen de la magnitud del desajuste; esto influye en la relación de recombinaciones radiativas/no radiativas alcanzables y determina la eficiencia luminosa del dispositivo. Las composiciones cuaternarias y superiores permiten ajustar simultáneamente el intervalo de banda y la constante de red, lo que permite aumentar la eficiencia radiante en un rango más amplio de longitudes de onda; por ejemplo, se utiliza AlGaInP para LED. Los materiales transparentes a la longitud de onda de la luz generada son ventajosos, ya que permiten una extracción más eficiente de fotones de la masa del material. Es decir, en estos materiales transparentes, la producción de luz no se limita solo a la superficie. El índice de refracción también depende de la composición e influye en la eficiencia de extracción de fotones del material. [3]

Tipos de materiales semiconductores

Semiconductores compuestos

Un semiconductor compuesto es un compuesto semiconductor formado por elementos químicos de al menos dos especies diferentes. Estos semiconductores se forman, por ejemplo, en los grupos 13-15 de la tabla periódica (antiguos grupos III-V), por ejemplo, de elementos del grupo del boro (antiguo grupo III, boro , aluminio , galio , indio ) y del grupo 15 (antiguo grupo V, nitrógeno , fósforo , arsénico , antimonio , bismuto ). El rango de fórmulas posibles es bastante amplio porque estos elementos pueden formar aleaciones binarias (dos elementos, p. ej., arseniuro de galio (III) (GaAs)), ternarias (tres elementos, p. ej., arseniuro de indio y galio (InGaAs)) y cuaternarias (cuatro elementos) como la aleación de aluminio, galio, indio y fosfuro (AlInGaP)) y la aleación de arseniuro de indio y antimonuro de fosfuro (InAsSbP). Las propiedades de los semiconductores compuestos III-V son similares a las de sus contrapartes del grupo IV. La mayor ionicidad en estos compuestos, y especialmente en el compuesto II-VI, tiende a aumentar la banda prohibida fundamental con respecto a los compuestos menos iónicos. [4]

Fabricación

La epitaxia en fase de vapor metalorgánica (MOVPE) es la tecnología de deposición más popular para la formación de películas delgadas semiconductoras compuestas para dispositivos. [ cita requerida ] Utiliza compuestos metalorgánicos ultrapuros y/o hidruros como materiales fuente precursores en un gas ambiental como el hidrógeno .

Otras técnicas de elección incluyen:

Tabla de materiales semiconductores

Tabla de sistemas de aleaciones de semiconductores

Los siguientes sistemas semiconductores se pueden ajustar hasta cierto punto y representan no un solo material sino una clase de materiales.

Véase también

Referencias

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