puolijohdemateriaaleja

Puolijohdemateriaaleja ovat aineet, joiden sähkönjohtokyky sijoittuu eristimateriaalien ja metallien väliin. Niiden ominaisuudet voivat muuttua lämpötilan, valon ja dopingin vaikutuksesta. Puolijohteissa on kaistakaista, jonka koko määrittää, miten elektronit ja aukot voivat liikkua ja miten materiaali reagoi sähköisiin ja optisiin ärsykkeisiin. Intrinsinen puolijohde on puhdas, ja dopingin avulla siitä voidaan tehdä n-tyyppistä (elektronijohtoinen) tai p-tyyppistä (aukkojohteinen). Dopanteiksi käytetään tyypillisesti olosuhteista riippuen esimerkiksi P tai As n-tyypin dopingiin sekä B p-tyypin dopingiin.

Yleisimmät puolijohdemateriaalit ovat pi (Si) ja germanium (Ge), sekä III-V-yhdisteet kuten galliumarsenidi (GaAs) ja indiumfosidi (InP). Laajakaistaisista puolijohdemateriaaleista käytetään piikarbidia (SiC) ja galiumnitriidi (GaN), jotka soveltuvat korkeaan tehoon ja lämpötiloihin. Pi on nykyisen elektroniikan perusta, GaAs ja InP ovat tärkeitä nopeissa ja optoelektroniikan sovelluksissa, kun taas SiC ja GaN laajentavat toiminta-alueita korkeissa jännitteissä ja lämpötiloissa.

Valmistuksessa käytetään sekä suuria kappaleita kasvattavia menetelmiä (kuten Czochralski ja float-zone) että ohutkalvotekniikoita (epitaksia MOVPE, MBE, CVD). Materiaalin puhtaus, kristallin laatu ja dopingin tarkka hallinta määrittävät yksikköjen suorituskyvyn ja luotettavuuden.

Puolijohdemateriaaleja hyödynnetään laajasti elektroniikassa (transistorit, diodit, integroidut piirit), fotoniikassa (LED, laserit, valokennot) sekä erilaisissa antureissa ja kvantti- ja telekommunikaatiolaitteissa.