เซมิคอนดักเตอร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือซิลิกอน (Si) แต่นอกจากเขาแล้ว ยังมีอีกหลายคน ตัวอย่างคือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ตามธรรมชาติ เช่น ซิงค์เบลนด์ (ZnS), คิวไรท์ (Cu2O), กาเลนา (PbS) และอื่นๆ อีกมากมาย ตระกูลเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งรวมถึงเซมิคอนดักเตอร์ที่สังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ เป็นหนึ่งในวัสดุประเภทต่างๆ ที่มนุษย์รู้จักมากที่สุด
ลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์
จาก 104 ธาตุในตารางธาตุ 79 ธาตุเป็นโลหะ 25 เป็นอโลหะ โดยธาตุเคมี 13 ธาตุมีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์และ 12 ธาตุเป็นไดอิเล็กตริก ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเซมิคอนดักเตอร์คือ ค่าการนำไฟฟ้าของพวกมันเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ที่อุณหภูมิต่ำจะมีพฤติกรรมเหมือนไดอิเล็กทริก และที่อุณหภูมิสูงจะมีพฤติกรรมเหมือนตัวนำ นี่คือความแตกต่างของเซมิคอนดักเตอร์จากโลหะ: ความต้านทานของโลหะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
ความแตกต่างอีกอย่างหนึ่งระหว่างเซมิคอนดักเตอร์กับโลหะก็คือความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์ตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของแสงในขณะที่หลังไม่ส่งผลต่อโลหะ ค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ยังเปลี่ยนแปลงเมื่อมีการเติมสิ่งเจือปนเล็กน้อย
สารกึ่งตัวนำพบได้ในสารประกอบเคมีที่มีโครงสร้างผลึกหลากหลาย สิ่งเหล่านี้อาจเป็นองค์ประกอบ เช่น ซิลิกอนและซีลีเนียม หรือสารประกอบไบนารี เช่น แกลเลียม อาร์เซไนด์ สารประกอบอินทรีย์หลายชนิด เช่น พอลิอะเซทิลีน (CH)n, เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เซมิคอนดักเตอร์บางตัวมีแม่เหล็ก (Cd1-xMnxTe) หรือคุณสมบัติทางไฟฟ้า (SbSI) สารกระตุ้นอื่นๆ ที่เพียงพอจะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด (GeTe และ SrTiO3) ตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงที่ค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้จำนวนมากมีเฟสเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่ใช่โลหะ ตัวอย่างเช่น La2CuO4 เป็นสารกึ่งตัวนำ แต่เมื่อผสมกับ Sr ก็จะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด (La1-x Srx)2CuO4.
ตำราฟิสิกส์กำหนดเซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าตั้งแต่ 10-4 ถึง 107 โอห์ม·ม. คำจำกัดความอื่นก็เป็นไปได้เช่นกัน ช่องว่างแบนด์ของเซมิคอนดักเตอร์อยู่ระหว่าง 0 ถึง 3 eV โลหะและกึ่งโลหะเป็นวัสดุที่มีช่องว่างพลังงานเป็นศูนย์ และสารที่มีพลังงานเกิน 3 eV เรียกว่าฉนวน นอกจากนี้ยังมีข้อยกเว้น ตัวอย่างเช่น เพชรสารกึ่งตัวนำมีช่องว่างแถบ 6 eV GaAs กึ่งฉนวน - 1.5 eV GaN วัสดุสำหรับอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ในภูมิภาคสีน้ำเงิน มีช่องว่างแถบความถี่ 3.5 eV
ช่องว่างพลังงาน
วาเลนซ์ออร์บิทัลของอะตอมในโครงตาข่ายคริสตัลแบ่งออกเป็นสองกลุ่มของระดับพลังงาน - เขตปลอดอากรที่ระดับสูงสุดและกำหนดค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ และแถบวาเลนซ์ที่อยู่ด้านล่าง ระดับเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความสมมาตรของผลึกตาข่ายและองค์ประกอบของอะตอม สามารถตัดกันหรืออยู่ห่างจากกัน ในกรณีหลัง ช่องว่างพลังงาน หรืออีกนัยหนึ่ง พื้นที่ต้องห้ามปรากฏขึ้นระหว่างโซน
ตำแหน่งและการเติมของระดับเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของสาร บนพื้นฐานนี้ สารจะถูกแบ่งออกเป็นตัวนำ ฉนวน และเซมิคอนดักเตอร์ ความกว้างแถบแบนด์ของเซมิคอนดักเตอร์แตกต่างกันไปภายใน 0.01–3 eV ช่องว่างพลังงานของไดอิเล็กตริกเกิน 3 eV โลหะไม่มีช่องว่างพลังงานเนื่องจากระดับที่ทับซ้อนกัน
เซมิคอนดักเตอร์และไดอิเล็กทริก ต่างจากโลหะ มีแถบวาเลนซ์ที่เต็มไปด้วยอิเล็กตรอน และแถบว่างที่ใกล้ที่สุดหรือแถบการนำไฟฟ้า ถูกกั้นจากแถบเวเลนซ์ด้วยช่องว่างพลังงาน - บริเวณที่มีพลังงานอิเล็กตรอนต้องห้าม.
ในไดอิเล็กตริก พลังงานความร้อนหรือสนามไฟฟ้าที่ไม่มีนัยสำคัญไม่เพียงพอที่จะทำให้กระโดดผ่านช่องว่างนี้ อิเล็กตรอนจะไม่เข้าสู่แถบการนำไฟฟ้า พวกเขาไม่สามารถเคลื่อนที่ไปตามโครงผลึกและกลายเป็นพาหะของกระแสไฟฟ้า
เพื่อกระตุ้นการนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนที่ระดับวาเลนซ์ต้องได้รับพลังงานเพียงพอที่จะเอาชนะพลังงานได้ช่องว่าง เมื่อดูดกลืนพลังงานจำนวนหนึ่งไม่น้อยกว่าค่าช่องว่างพลังงาน อิเล็กตรอนจะเคลื่อนจากระดับเวเลนซ์ไปยังระดับการนำไฟฟ้า
ในกรณีที่ความกว้างของช่องว่างพลังงานเกิน 4 eV การกระตุ้นของเซมิคอนดักเตอร์โดยการฉายรังสีหรือความร้อนนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย - พลังงานกระตุ้นของอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิหลอมเหลวไม่เพียงพอที่จะกระโดดผ่านโซนช่องว่างพลังงาน เมื่อถูกความร้อน คริสตัลจะละลายจนเกิดการนำไฟฟ้า สารเหล่านี้ได้แก่ ควอตซ์ (dE=5.2 eV), เพชร (dE=5.1 eV), เกลือหลายชนิด
สิ่งเจือปนและค่าการนำไฟฟ้าภายในของเซมิคอนดักเตอร์
ผลึกเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์มีการนำไฟฟ้าในตัวเอง เซมิคอนดักเตอร์ดังกล่าวเรียกว่า intrinsic เซมิคอนดักเตอร์ภายในประกอบด้วยรูและอิเล็กตรอนอิสระจำนวนเท่ากัน เมื่อถูกความร้อน ค่าการนำไฟฟ้าที่แท้จริงของสารกึ่งตัวนำจะเพิ่มขึ้น ที่อุณหภูมิคงที่ สภาวะสมดุลไดนามิกเกิดขึ้นในจำนวนของคู่อิเล็กตรอน-รูที่เกิดขึ้น และจำนวนของอิเล็กตรอนและรูที่รวมตัวกันใหม่ ซึ่งยังคงที่ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด
การมีอยู่ของสิ่งเจือปนมีผลกระทบอย่างมากต่อการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ การเพิ่มพวกมันทำให้สามารถเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนอิสระได้อย่างมากด้วยรูจำนวนน้อย และเพิ่มจำนวนรูที่มีอิเล็กตรอนจำนวนน้อยที่ระดับการนำไฟฟ้า เซมิคอนดักเตอร์สิ่งเจือปนเป็นตัวนำที่มีความนำสิ่งเจือปน
สิ่งเจือปนที่บริจาคอิเล็กตรอนได้ง่ายเรียกว่าสิ่งเจือปนของผู้บริจาค สิ่งเจือปนของผู้บริจาคอาจเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีอะตอมซึ่งมีระดับเวเลนซ์ประกอบด้วยอิเล็กตรอนมากกว่าอะตอมของสารฐาน ตัวอย่างเช่น ฟอสฟอรัสและบิสมัทเป็นสิ่งเจือปนของผู้บริจาคซิลิกอน
พลังงานที่จำเป็นในการกระโดดอิเล็กตรอนไปยังบริเวณการนำไฟฟ้าเรียกว่าพลังงานกระตุ้น เซมิคอนดักเตอร์สิ่งเจือปนต้องการสารกึ่งตัวนำน้อยกว่าวัสดุฐานมาก ด้วยการให้ความร้อนหรือแสงสว่างเล็กน้อย อิเล็กตรอนของอะตอมของสารกึ่งตัวนำสิ่งเจือปนส่วนใหญ่จะถูกปลดปล่อยออกมาเป็นส่วนใหญ่ ตำแหน่งของอิเล็กตรอนที่ออกจากอะตอมนั้นมีรูอยู่ แต่การรวมตัวกันของอิเล็กตรอนกลับเข้าไปในรูนั้นแทบไม่เกิดขึ้นเลย ค่าการนำไฟฟ้าของรูของผู้บริจาคนั้นเล็กน้อย นี่เป็นเพราะอะตอมของสิ่งเจือปนจำนวนน้อยไม่อนุญาตให้อิเล็กตรอนอิสระเข้าใกล้รูและครอบครองมัน อิเล็กตรอนอยู่ใกล้รูแต่ไม่สามารถเติมเต็มได้เนื่องจากระดับพลังงานไม่เพียงพอ
การเติมสิ่งเจือปนของผู้บริจาคที่ไม่มีนัยสำคัญด้วยลำดับความสำคัญหลายระดับจะเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าเมื่อเทียบกับจำนวนอิเล็กตรอนอิสระในเซมิคอนดักเตอร์ภายใน อิเล็กตรอนที่นี่เป็นพาหะประจุหลักของอะตอมของเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่บริสุทธิ์ สารเหล่านี้จัดอยู่ในประเภทเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n
สิ่งเจือปนที่จับอิเลคตรอนของเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้มีจำนวนรูเพิ่มขึ้นเรียกว่า ตัวรับ สิ่งเจือปนของตัวรับคือองค์ประกอบทางเคมีที่มีอิเล็กตรอนที่ระดับความจุน้อยกว่าสารกึ่งตัวนำที่เป็นเบส โบรอน แกลเลียม อินเดียม - ตัวรับสิ่งเจือปนสำหรับซิลิกอน
ลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์ขึ้นอยู่กับข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึก นี่คือเหตุผลของความต้องการที่จะเติบโตผลึกบริสุทธิ์อย่างยิ่ง พารามิเตอร์การนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ถูกควบคุมโดยการเพิ่มสารเจือปน คริสตัลซิลิคอนเจือด้วยฟอสฟอรัส (องค์ประกอบย่อย V) ซึ่งเป็นผู้บริจาคเพื่อสร้างคริสตัลซิลิกอนชนิด n เพื่อให้ได้คริสตัลที่มีค่าการนำไฟฟ้าของรู ตัวรับโบรอนจะถูกนำมาใช้ในซิลิกอน เซมิคอนดักเตอร์ที่มีระดับ Fermi ที่ได้รับการชดเชยเพื่อย้ายไปยังกึ่งกลางของช่องว่างแบนด์จะถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกัน
เซมิคอนดักเตอร์เซลล์เดียว
เซมิคอนดักเตอร์ที่พบมากที่สุดคือซิลิกอน ร่วมกับเจอร์เมเนียม กลายเป็นต้นแบบสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ระดับกว้างที่มีโครงสร้างผลึกคล้ายคลึงกัน
โครงสร้างของผลึก Si และ Ge เหมือนกับของ Diamond และ α-tin ในนั้นแต่ละอะตอมล้อมรอบด้วยอะตอมที่ใกล้ที่สุด 4 ตัวซึ่งก่อตัวเป็นจัตุรมุข การประสานงานนี้เรียกว่าสี่เท่า ผลึก Tetra-bonded ได้กลายเป็นพื้นฐานของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และมีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีสมัยใหม่ องค์ประกอบบางอย่างของกลุ่ม V และ VI ของตารางธาตุก็เป็นสารกึ่งตัวนำเช่นกัน ตัวอย่างของเซมิคอนดักเตอร์ประเภทนี้ ได้แก่ ฟอสฟอรัส (P), กำมะถัน (S), ซีลีเนียม (Se) และเทลลูเรียม (Te) ในเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ อะตอมสามารถมีการประสานงานสามเท่า (P), สองเท่า (S, Se, Te) หรือสี่เท่า เป็นผลให้องค์ประกอบที่คล้ายคลึงกันสามารถมีอยู่ได้หลายอย่างโครงสร้างผลึกและยังได้รับในรูปของแก้ว ตัวอย่างเช่น Se ได้รับการปลูกในโครงสร้างผลึกเดี่ยวและสามเหลี่ยมหรือเป็นแก้ว (ซึ่งถือได้ว่าเป็นโพลีเมอร์)
- เพชรมีคุณสมบัติการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม ลักษณะทางกลและทางแสงที่ดีเยี่ยม มีความแข็งแรงเชิงกลสูง ความกว้างช่องว่างพลังงาน - dE=5.47 eV.
- ซิลิคอนเป็นสารกึ่งตัวนำที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์และอยู่ในรูปแบบอสัณฐานในเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง เป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้มากที่สุดในเซลล์แสงอาทิตย์ ง่ายต่อการผลิต และมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลที่ดี dE=1.12 eV.
- เจอร์เมเนียมเป็นสารกึ่งตัวนำที่ใช้ในแกมมาสเปกโตรสโคปี เซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูง ใช้ในไดโอดและทรานซิสเตอร์ตัวแรก ต้องการการทำความสะอาดน้อยกว่าซิลิโคน dE=0.67 eV.
- ซีลีเนียมเป็นสารกึ่งตัวนำที่ใช้ในวงจรเรียงกระแสซีลีเนียมซึ่งมีความต้านทานการแผ่รังสีสูงและความสามารถในการรักษาตัวเอง
สารประกอบสององค์ประกอบ
คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ที่เกิดจากองค์ประกอบของกลุ่มที่ 3 และ 4 ของตารางธาตุคล้ายกับคุณสมบัติของสารในกลุ่มที่ 4 การเปลี่ยนจากธาตุหมู่ 4 เป็นสารประกอบ 3-4 กรัม ทำให้พันธะบางส่วนเป็นไอออนิกเนื่องจากการถ่ายโอนประจุอิเล็กตรอนจากอะตอมของกลุ่ม 3 ไปยังอะตอมของกลุ่ม 4 Ionicity เปลี่ยนคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ เป็นสาเหตุของการเพิ่มขึ้นของปฏิสัมพันธ์ระหว่าง Coulomb และพลังงานของช่องว่างแถบพลังงานโครงสร้างอิเล็กตรอน ตัวอย่างของสารประกอบไบนารีประเภทนี้คือ indium antimonide InSb, gallium arsenide GaAs, gallium antimonide GaSb, indium phosphide InP, aluminium antimonide AlSb, gallium phosphide GaP
อิออนเพิ่มขึ้น และคุณค่าของมันเพิ่มมากขึ้นในสารประกอบของสารกลุ่ม 2-6 เช่น แคดเมียมซีลีไนด์, ซิงค์ซัลไฟด์, แคดเมียมซัลไฟด์, แคดเมียมเทลลูไรด์, ซิงค์ซีลีไนด์ เป็นผลให้สารประกอบส่วนใหญ่ของกลุ่ม 2-6 มีช่องว่างแถบกว้างกว่า 1 eV ยกเว้นสำหรับสารประกอบปรอท ปรอทเทลลูไรด์เป็นสารกึ่งตัวนำที่ไม่มีช่องว่างด้านพลังงาน เป็นกึ่งโลหะ เช่น α-tin
เซมิคอนดักเตอร์กลุ่ม 2-6 ที่มีช่องว่างพลังงานขนาดใหญ่ใช้ในการผลิตเลเซอร์และจอแสดงผล การเชื่อมต่อแบบไบนารี 2-6 กลุ่มที่มีช่องว่างพลังงานที่แคบลงเหมาะสำหรับเครื่องรับอินฟราเรด สารประกอบไบนารีขององค์ประกอบของกลุ่ม 1–7 (ทองแดง โบรไมด์ CuBr, ซิลเวอร์ไอโอไดด์ AgI, คอปเปอร์คลอไรด์ CuCl) เนื่องจากอิออนิกสูงของพวกมันมีช่องว่างแถบกว้างกว่า 3 eV แท้จริงแล้วพวกมันไม่ใช่เซมิคอนดักเตอร์ แต่เป็นฉนวน การเพิ่มขึ้นของพลังงานการทอดสมอของคริสตัลอันเนื่องมาจากปฏิกิริยาระหว่างไอออนของคูลอมบ์มีส่วนช่วยในการจัดโครงสร้างอะตอมของเกลือสินเธาว์ที่มีหกเท่ามากกว่าการประสานกันกำลังสอง สารประกอบของกลุ่ม 4-6 - ตะกั่วซัลไฟด์และเทลลูไรด์, ทินซัลไฟด์ - เป็นสารกึ่งตัวนำเช่นกัน ระดับความเป็นไอออนของสารเหล่านี้ยังก่อให้เกิดการประสานงานหกเท่า ความเป็นไอออนที่มีนัยสำคัญไม่ได้ป้องกันไม่ให้มีช่องว่างแถบแคบมาก ซึ่งช่วยให้สามารถใช้รับรังสีอินฟราเรดได้ แกลเลียมไนไตรด์ - สารประกอบ 3-5 กลุ่มที่มีช่องว่างพลังงานกว้าง พบการใช้งานในเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์และไฟ LED ทำงานในส่วนสีน้ำเงินของสเปกตรัม
- GaAs, แกลเลียมอาร์เซไนด์ เป็นสารกึ่งตัวนำที่ใช้กันมากที่สุดเป็นอันดับสองรองจากซิลิกอน ซึ่งมักใช้เป็นซับสเตรตสำหรับตัวนำอื่นๆ เช่น GaInNA และ InGaAs ในไดโอดอินฟราเรด ไมโครวงจรความถี่สูงและทรานซิสเตอร์ เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง,เลเซอร์ไดโอด,เครื่องตรวจจับนิวเคลียร์บำบัด. dE=1.43 eV ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มพลังของอุปกรณ์ได้เมื่อเทียบกับซิลิคอน เปราะบาง มีสิ่งสกปรกมากกว่า ผลิตยาก
- ZnS, ซิงค์ซัลไฟด์ - เกลือสังกะสีของกรดไฮโดรซัลไฟด์ที่มีช่องว่างแถบ 3.54 และ 3.91 eV ใช้ในเลเซอร์และเป็นสารเรืองแสง
- SnS, tin sulfide - สารกึ่งตัวนำที่ใช้ในโฟโตรีซีสเตอร์และโฟโตไดโอด dE=1, 3 และ 10 eV.
ออกไซด์
เมทัลออกไซด์ส่วนใหญ่เป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม แต่ก็มีข้อยกเว้น ตัวอย่างของเซมิคอนดักเตอร์ประเภทนี้ ได้แก่ นิกเกิลออกไซด์, คอปเปอร์ออกไซด์, โคบอลต์ออกไซด์, คอปเปอร์ไดออกไซด์, เหล็กออกไซด์, ยูโรเพียมออกไซด์, ซิงค์ออกไซด์ เนื่องจากคอปเปอร์ไดออกไซด์มีอยู่ในรูปของแร่คิวไรท์ คุณสมบัติของมันจึงได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวาง ขั้นตอนสำหรับการปลูกเซมิคอนดักเตอร์ประเภทนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ ดังนั้นจึงมีข้อจำกัดในการใช้งาน ข้อยกเว้นคือซิงค์ออกไซด์ (ZnO) ซึ่งเป็นสารประกอบกลุ่ม 2-6 ที่ใช้เป็นคอนเวอร์เตอร์และในการผลิตเทปกาวและพลาสเตอร์
สถานการณ์เปลี่ยนไปอย่างมากหลังจากค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดในสารประกอบทองแดงจำนวนมากที่มีออกซิเจน อันดับแรกตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงที่ Müller และ Bednorz ค้นพบนั้นเป็นสารประกอบที่มีพื้นฐานมาจากเซมิคอนดักเตอร์ La2CuO4 โดยมีช่องว่างพลังงาน 2 eV ด้วยการแทนที่แลนทานัมชนิดไตรวาเลนต์ด้วยแบเรียมหรือสตรอนเทียมแบบไดวาเลนต์ ตัวพาประจุแบบรูจะถูกนำมาใช้ในเซมิคอนดักเตอร์ การไปถึงความเข้มข้นที่ต้องการของรูจะทำให้ La2CuO4 กลายเป็นตัวนำยิ่งยวด ปัจจุบัน อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านสูงสุดสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดเป็นของสารประกอบ HgBaCa2Cu3O8. ที่ความดันสูง ค่าของมันคือ 134 K.
ZnO ซิงค์ออกไซด์ ใช้ในวาริสเตอร์ ไฟ LED สีฟ้า เซ็นเซอร์ก๊าซ เซ็นเซอร์ชีวภาพ เคลือบหน้าต่างเพื่อสะท้อนแสงอินฟราเรด เป็นตัวนำใน LCD และแผงโซลาร์เซลล์ dE=3.37 eV.
ชั้นคริสตัล
สารประกอบคู่ เช่น ลีดไดไอโอไดด์ แกลเลียมซีลีไนด์ และโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์มีลักษณะเป็นโครงสร้างผลึกเป็นชั้น พันธะโควาเลนต์ที่มีกำลังแรงอย่างมีนัยสำคัญจะกระทำในชั้นต่างๆ ซึ่งแข็งแรงกว่าพันธะของแวนเดอร์วาลส์ระหว่างชั้นด้วยกันเอง เซมิคอนดักเตอร์ประเภทนี้น่าสนใจตรงที่อิเล็กตรอนมีพฤติกรรมกึ่งสองมิติในชั้น ปฏิสัมพันธ์ของชั้นจะเปลี่ยนไปโดยการนำอะตอมของต่างประเทศเข้ามา - การแทรกสอด
MoS2, โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ถูกใช้ในเครื่องตรวจจับความถี่สูง วงจรเรียงกระแส เมมริสเตอร์ ทรานซิสเตอร์ dE=1.23 และ 1.8 eV.
เซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์
ตัวอย่างสารกึ่งตัวนำที่มีสารประกอบอินทรีย์ - แนฟทาลีน โพลิอะเซทิลีน(CH2) แอนทราซีน โพลิไดอะเซทิลีน ฟทาโลไซยาไนด์ โพลีไวนิลคาร์โบโซล เซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์มีข้อได้เปรียบเหนือสารอนินทรีย์: ง่ายต่อการถ่ายทอดคุณสมบัติที่ต้องการให้กับพวกเขา สารที่มีพันธะคอนจูเกตของประเภท –С=С–С=มีความไม่เชิงเส้นเชิงแสงที่มีนัยสำคัญ และด้วยเหตุนี้ จึงถูกใช้ในออปโตอิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ โซนความไม่ต่อเนื่องของพลังงานของเซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์จะเปลี่ยนแปลงโดยการเปลี่ยนสูตรสารประกอบ ซึ่งง่ายกว่าเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปมาก Crystalline allotropes ของ carbon fullerene, graphene, nanotubes ก็เป็นสารกึ่งตัวนำเช่นกัน
- ฟูลเลอรีนมีโครงสร้างเป็นรูปหลายเหลี่ยมปิดนูนของอะตอมคาร์บอนจำนวนคู่ และยาสลบฟูลเลอรีน C60 ด้วยโลหะอัลคาไลเปลี่ยนเป็นตัวนำยิ่งยวด
- กราฟีนเกิดจากชั้นคาร์บอนเดี่ยวที่เชื่อมต่อกันเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยมสองมิติ มีการบันทึกค่าการนำความร้อนและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ความแข็งแกร่งสูง
- ท่อนาโนเป็นแผ่นกราไฟท์ที่รีดเป็นท่อซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่กี่นาโนเมตร รูปแบบของคาร์บอนเหล่านี้ถือเป็นคำมั่นสัญญาที่ดีในนาโนอิเล็กทรอนิกส์ อาจแสดงคุณสมบัติที่เป็นโลหะหรือกึ่งตัวนำขึ้นอยู่กับการมีเพศสัมพันธ์
เซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็ก
สารประกอบที่มียูโรเพียมแม่เหล็กและไอออนของแมงกานีสมีคุณสมบัติแม่เหล็กและเซมิคอนดักเตอร์ที่น่าสงสัย ตัวอย่างของสารกึ่งตัวนำประเภทนี้ ได้แก่ ยูโรเพียม ซัลไฟด์ ยูโรเพียม ซีลีไนด์ และสารละลายที่เป็นของแข็ง เช่นซีดี1-xMnxTe. เนื้อหาของไอออนแม่เหล็กมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็ก เช่น แอนติเฟอโรแมกเนติกและเฟอร์โรแมกเนติกในสาร เซมิคอนดักเตอร์กึ่งแม่เหล็กเป็นสารละลายแม่เหล็กแข็งของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีไอออนแม่เหล็กในระดับความเข้มข้นเล็กน้อย โซลูชันที่แข็งแกร่งดังกล่าวดึงดูดความสนใจเนื่องจากคำมั่นสัญญาและศักยภาพที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น ไม่เหมือนกับเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่ใช่แม่เหล็ก พวกมันสามารถหมุนฟาราเดย์ได้มากกว่าล้านเท่า
เอฟเฟกต์แมกนีโต-ออปติกที่แข็งแกร่งของเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็กทำให้สามารถใช้พวกมันสำหรับมอดูเลตออปติคัลได้ Perovskites เช่น Mn0, 7Ca0, 3O3, เหนือกว่าโลหะ- เซมิคอนดักเตอร์ การพึ่งพาอาศัยกันโดยตรงของสนามแม่เหล็กส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์ของสนามแม่เหล็กขนาดยักษ์ ใช้ในวิศวกรรมวิทยุ อุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาที่ควบคุมโดยสนามแม่เหล็ก ในท่อนำคลื่นของอุปกรณ์ไมโครเวฟ
เซมิคอนดักเตอร์เฟอโรอิเล็กทริก
คริสตัลประเภทนี้มีความโดดเด่นด้วยการปรากฏตัวของโมเมนต์ไฟฟ้าในตัวและการโพลาไรซ์ที่เกิดขึ้นเอง ตัวอย่างเช่น เซมิคอนดักเตอร์ เช่น ตะกั่วไททาเนต PbTiO3, แบเรียมไททาเนต BaTiO3, เจอร์เมเนียมเทลลูไรด์ GeTe, ทินเทลลูไรด์ SnTe ซึ่งที่อุณหภูมิต่ำมีคุณสมบัติ เฟอร์โรอิเล็กทริก วัสดุเหล่านี้ใช้ในเซ็นเซอร์ออปติคัล หน่วยความจำ และเพียโซที่ไม่เป็นเชิงเส้น
วัสดุเซมิคอนดักเตอร์หลากหลาย
นอกเหนือจากข้างต้นสารกึ่งตัวนำยังมีอีกมากมายที่ไม่เข้าข่ายตามประเภทที่ระบุไว้ การเชื่อมต่อขององค์ประกอบตามสูตร 1-3-52 (AgGaS2) และ 2-4-52 (ZnSiP2) ก่อตัวเป็นผลึกในโครงสร้าง chalcopyrite พันธะของสารประกอบเป็นรูปสี่เหลี่ยมจตุรัส คล้ายกับเซมิคอนดักเตอร์ของกลุ่ม 3–5 และ 2-6 ที่มีโครงสร้างผลึกของซิงค์เบลนด์ สารประกอบที่สร้างองค์ประกอบของสารกึ่งตัวนำของกลุ่ม 5 และ 6 (เช่น As2Se3) เป็นสารกึ่งตัวนำในรูปของคริสตัลหรือแก้ว. บิสมัทและพลวง chalcogenides ใช้ในเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกเซมิคอนดักเตอร์ คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ประเภทนี้น่าสนใจอย่างยิ่ง แต่ไม่ได้รับความนิยมเนื่องจากการใช้งานที่จำกัด อย่างไรก็ตาม ความจริงที่ว่าสิ่งเหล่านี้มีอยู่เป็นการยืนยันการมีอยู่ของพื้นที่ของฟิสิกส์เซมิคอนดักเตอร์ที่ยังไม่ได้สำรวจอย่างเต็มที่
