puolijohdemateriaaliin

Puolijohdemateriaali on aine, jonka sähkönjohtavuus on välillä johtajien ja eristeiden välillä ja jota voidaan hallita ulkoisilla tekijöillä kuten lämpötilalla, valolla tai doppaamalla. Näiden kontrolloitujen ominaisuuksien ansiosta puolijohteet muodostavat suurimman osan modernin elektroniikan perusrakenteista.

Yleisimmät puolijohdemateriaalit ovat elementaariset puolijohteet kuten pii (Si) ja germanium (Ge), sekä yhdisteet kuten galliumarsenidi (GaAs), indium phosphide (InP) sekä epäorgaaniset yhdisteet kuten silicon carbide (SiC) ja gallium nitride (GaN). Näillä materiaaleilla on erilaiset kynnysten energiat, jotka vaikuttavat sekä sähköiseen että optiseen käyttäytymiseen. Esimerkiksi Si: noin 1,12 eV, Ge: noin 0,66 eV, GaAs: noin 1,43 eV; SiC ja GaN tarjoavat suurempia kynnysarvoja, mikä vaikuttaa lämpö- ja valotehokkuuteen.

Dopingin avulla puolijohdemateriaalin johtokykyä voidaan muuttaa: n-tyyppisessä materiaalissa dopantit lisäävät elektroneja, p-tyyppisessä taas aukkoja. N- ja p-tyypit muodostavat pn-rajapinnan, joka on keskeinen diodien, transistoreiden ja monien muiden laitteiden toiminnassa.

Valmistuksessa käytetään kiteenkasvatusmenetelmiä kuten Czochralski ja float-zone, sekä epitaasia ja doppausta (ionien implantointi, diffuusio). Puolijohdemateriaalien ominaisuuksia optimaalisesti hyödynnetään mikroelektroniikassa, fotoniikassa ja energia-alalla: mikroprosessorit ja muistipiirit, LEDit, aurinkokennojen sekä erilaisten sensoreiden rakennusaineina.