半導體材料——鍺和矽
半導體代表了一個廣闊的材料領域，它們彼此不同，具有多種多樣的電氣和物理特性，以及多種多樣的化學成分，這決定了它們在技術用途中的不同用途。
按化學性質，現代半導體材料可分為以下四大類：
1. 由單一元素的原子或分子組成的晶體半導體材料。這類材料目前廣泛使用的有鍺、矽、硒、硼、碳化矽等。
2.氧化物晶體半導體材料，即金屬氧化物材料。主要有：氧化銅、氧化鋅、氧化鎘、二氧化鈦、氧化鎳等。本組還包括以鈦酸鋇、鍶、鋅和其他無機化合物為基礎的材料以及各種小添加劑。
3. 基於門捷列夫元素系第三和第五族原子化合物的晶體半導體材料。這種材料的例子是銦、鎵和銻化鋁，即銻與銦、鎵和鋁的化合物。這些被稱為金屬間化合物。
4.一方面基於硫、硒和碲的化合物，另一方面基於銅、鎘和豬鈣的化合物的結晶半導體材料。這些化合物分別稱為：硫化物、硒化物和碲化物。
如前所述，所有半導體材料都可以按晶體結構分為兩組。一些材料以大單晶（單晶）的形式製成，從中以特定的晶體方向切割出各種尺寸的板，用於整流器、放大器、光電池。
這些材料構成了單晶半導體組......最常見的單晶材料是鍺和矽。已經開發出用於生產碳化矽單晶、金屬間化合物單晶的方法。
其他半導體材料是非常小的晶體隨機焊接在一起的混合物。這樣的材料被稱為多晶... 多晶半導體材料的代表有硒和碳化矽，還有各種氧化物利用陶瓷技術製成的材料。
考慮廣泛使用的半導體材料。
鍺 - 門捷列夫元素週期表第四族的元素。鍺具有明亮的銀色。鍺的熔點為937.2℃。自然界中常見，但數量很少。鍺存在於鋅礦石和各種煤灰中。鍺生產的主要來源是煤灰和冶金廠的廢料。
米。 1. 鍺
鍺錠是通過多種化學操作獲得的，目前還不是一種適合用其製造半導體器件的物質。它含有不溶性雜質，還不是單晶，也沒有引入決定所需導電類型的添加劑。
它被廣泛用於清除鑄錠中不溶性雜質的區域熔化方法……該方法可用於僅去除那些在給定固體半導體及其熔體中溶解不同的雜質。
鍺非常堅硬但極易碎，在撞擊時會碎成小塊。但是，使用金剛石鋸或其他設備，可以將其切成薄片。國內工業生產合金鍺 電子電導率 電阻率從0.003到45歐姆NS厘米的各種等級和電阻率從0.4到5.5歐姆NS厘米及以上的孔導電率的鍺合金。室溫下純鍺的比電阻 ρ = 60 ohm NS cm。
鍺作為一種半導體材料用途廣泛，不僅用於二極管和三極管，還用於製造大電流的功率整流器、用於測量磁場強度的各種傳感器、用於低溫的電阻溫度計等。
矽在自然界中分佈廣泛。它和鍺一樣，是門捷列夫元素系第四族的元素，具有相同的晶體（立方）結構。拋光矽呈現鋼的金屬光澤。
雖然矽是地球上第二豐富的元素，但它不是以游離狀態自然存在的，它構成了石英和其他礦物的基礎。通過高溫還原 SiO2 碳，可以分離出元素形式的矽。同時，酸處理後矽的純度為～99.8%，對於這種形式的半導體儀器設備，不採用。
高純度矽是從其先前經過良好純化的揮發性化合物（鹵化物、矽烷）中通過用鋅或氫進行高溫還原或通過熱分解獲得的。在反應過程中釋放的矽沉積在反應室的壁上或特殊的加熱元件上——最常見的是沉積在由高純度矽製成的棒上。
米。 2.矽
和鍺一樣，矽也很脆。它的熔點明顯高於鍺：1423°C。純矽在室溫下的電阻 ρ = 3 NS 105 ohm-see
由於矽的熔點比鍺高很多，石墨坩堝被石英坩堝代替，因為石墨在高溫下能與硅反應生成碳化矽。此外，石墨污染物會進入熔融矽。
該行業生產具有電阻率從 0.01 到 35 ohm x cm 的電子導電率（各種等級）的半導體摻雜矽，以及電阻率從 0.05 到 35 ohm x cm 的各種等級的孔導電率。
矽和鍺一樣，廣泛用於製造許多半導體器件。在矽整流器中，實現了比鍺整流器 (80°C) 更高的反向電壓和工作溫度 (130 — 180°C)。點和平面由矽製成 二極管 三極管、光電池和其他半導體器件。
在圖。圖 3 顯示了兩種類型的鍺和矽的電阻對其中雜質濃度的依賴性。
米。 3、雜質濃度對鍺矽常溫電阻的影響：1—矽，2—鍺
圖中的曲線表明，雜質對電阻的影響巨大：在鍺中，它從內阻值 60 ohm x cm 變化到 10-4 ohm x cm，即變化了 5 x 105 倍，而對於矽由 3 x 103 到 10-4 ohm x cm，即在 3 x 109 一次。
作為製作非線性電阻的材料，應用特別廣泛的是多晶材料——碳化矽。
米。 4、碳化矽
電源線的閥位限制器由碳化矽製成 - 保護電源線免受過電壓影響的裝置。其中，由非線性半導體（碳化矽）製成的圓盤在線路中產生的浪湧波的作用下將電流傳到大地。結果，線路恢復正常運行。在工作電壓下，這些圓盤的電阻線增加，從線到地的漏電流停止。
碳化矽是人工生產的——通過在高溫（2000°C）下熱處理石英砂與煤的混合物。
根據引入的添加劑，形成兩種主要類型的碳化矽：綠色和黑色。它們的導電類型不同，即：綠碳化矽拋出n型導電，而黑碳化矽則拋出p型導電。
為了 閥門限制器 碳化矽用於生產直徑為 55 至 150 毫米、高度為 20 至 60 毫米的圓盤。在閥塞中，碳化矽圓盤彼此串聯並帶有火花隙。由圓盤和火花塞組成的系統由螺旋彈簧壓縮。用螺栓將避雷器連接到 電源線導體, 和 ° C 避雷器的另一側通過導線接地。保險絲的所有部件都放在一個瓷盒中。
在正常輸電線路電壓下，該閥不通過線路電流。在由大氣電流或內部浪湧產生的增加的電壓（浪湧）下，會產生火花隙並且閥盤將處於高壓下。
它們的電阻將急劇下降，這將確保電流從線路洩漏到地。通過的大電流會將電壓降低到正常值，並且閥盤中的電阻會增加。閥門將關閉，即線路的工作電流不會傳輸給它們。
碳化矽還用於在高工作溫度（高達 500 °C）下工作的半導體整流器。