Semiconductormateriale

Semiconductormateriale, ofte kalt halvledermateriale, er materialer med elektrisk ledningsevne som ligger mellom ledere og isolatorer. De har et energibåndgap mellom valenselektronenes bunn og det ledende båndet, og ledningsevnen øker med temperatur og med tilførsel av dopant. Denne egenskapen gjør det mulig å kontrollere strømflyt i elektroniske enheter ved hjelp av doping, elektriske felt og lys.

De vanligste semiconductormaterialene er ren silisium (Si) og germanium (Ge). Silisium dominerer industrien på grunn av rikelig tilgang, mekanisk stabilitet og god formbarhet i oksydlaget SiO2, som er nyttig for isolasjon og industrielle produksjonsmetoder. I tillegg brukes forbindelser som III-V-materialer (GaAs, InP) og II-VI-materialer (ZnO, CdTe) for høy hastighet, spesifikke optiske egenskaper og sensormaterialer.

Doping innebærer å introdusere små mengder fremmede atomer for å øke ledningsevnen. Donoratomer i silisium gir n-type materiale med flere frie elektroner, mens akseptoratomer gir p-type materiale med flere elektronhull. Kombinasjonen av n- og p-type regioner danner grunnlaget for dioder og transistorstrukturer.

Materialene vekstes og bearbeides ved metoder som Czochralski- eller float-zone-prosesser for ensfylte krystaller, samt epitaksiske teknikker som epitaksjon gjennom MBE eller MOVPE for å lage tynne lag med høy renhet og kontrollert dopingsprofil.

Semiconductormateriale er grunnlaget for moderne elektronikk og optoelektronikk, inkludert mikroprosessorer og minne i integrerte kretser, solceller og LED-er, fotodetektorer og sensorer, samt kraft- og RF-elektronikk.