半导体材料——锗和硅
半导体代表了一个广阔的材料领域，它们彼此不同，具有多种多样的电气和物理特性，以及多种多样的化学成分，这决定了它们在技术用途中的不同用途。
按化学性质，现代半导体材料可分为以下四大类：
1. 由单一元素的原子或分子组成的晶体半导体材料。这类材料目前广泛使用的有锗、硅、硒、硼、碳化硅等。
2.氧化物晶体半导体材料，即金属氧化物材料。主要有：氧化铜、氧化锌、氧化镉、二氧化钛、氧化镍等。本组还包括以钛酸钡、锶、锌和其他无机化合物为基础的材料以及各种小添加剂。
3. 基于门捷列夫元素系第三和第五族原子化合物的晶体半导体材料。这种材料的例子是铟、镓和锑化铝，即锑与铟、镓和铝的化合物。这些被称为金属间化合物。
4.一方面基于硫、硒和碲的化合物，另一方面基于铜、镉和猪钙的化合物的结晶半导体材料。这些化合物分别称为：硫化物、硒化物和碲化物。
如前所述，所有半导体材料都可以按晶体结构分为两组。一些材料以大单晶（单晶）的形式制成，从中以特定的晶体方向切割出各种尺寸的板，用于整流器、放大器、光电池。
这些材料构成了单晶半导体组......最常见的单晶材料是锗和硅。已经开发出用于生产碳化硅单晶、金属间化合物单晶的方法。
其他半导体材料是非常小的晶体随机焊接在一起的混合物。这样的材料被称为多晶... 多晶半导体材料的代表是硒和碳化硅，还有利用陶瓷技术由各种氧化物制成的材料。
考虑广泛使用的半导体材料。
锗 - 门捷列夫元素周期表第四族的元素。锗具有明亮的银色。锗的熔点为937.2℃。自然界中常见，但数量很少。锗存在于锌矿石和各种煤灰中。锗生产的主要来源是煤灰和冶金厂的废料。
米。 1. 锗
锗锭是通过多种化学操作获得的，目前还不是一种适合用其制造半导体器件的物质。它含有不溶性杂质，还不是单晶，也没有引入决定所需导电类型的添加剂。
它被广泛用于清除铸锭中不溶性杂质的区域熔化方法……该方法可用于仅去除那些在给定固体半导体及其熔体中溶解不同的杂质。
锗非常坚硬，但非常脆，在撞击时会碎成小块。但是，使用金刚石锯或其他设备，可以将其切成薄片。国内工业生产合金锗 电子电导率 电阻率从0.003到45欧姆NS厘米的各种等级和电阻率从0.4到5.5欧姆NS厘米及以上的孔导电率的锗合金。纯锗在室温下的比电阻 ρ = 60 ohm NS cm。
锗作为一种半导体材料用途广泛，不仅用于二极管和三极管，还用于制造大电流的功率整流器、用于测量磁场强度的各种传感器、用于低温的电阻温度计等。
硅在自然界中分布广泛。它和锗一样，是门捷列夫元素系第四族的元素，具有相同的晶体（立方）结构。抛光硅呈现钢的金属光泽。
尽管硅是地球上含量第二多的元素，但它不是天然存在的游离态硅，它构成了石英和其他矿物的基础。通过高温还原 SiO2 碳，可以分离出元素形式的硅。同时，酸处理后硅的纯度为～99.8%，对于这种形式的半导体仪器设备，不采用。
高纯度硅是从其先前经过良好纯化的挥发性化合物（卤化物、硅烷）中通过用锌或氢进行高温还原或通过热分解获得的。在反应过程中释放的硅沉积在反应室的壁上或特殊的加热元件上——最常见的是沉积在由高纯度硅制成的棒上。
米。 2.硅
和锗一样，硅也很脆。它的熔点明显高于锗：1423℃。纯硅在室温下的电阻 ρ = 3 NS 105 ohm-see
由于硅的熔点比锗高很多，石墨坩埚被石英坩埚代替，因为石墨在高温下能与硅反应生成碳化硅。此外，石墨污染物会进入熔融硅。
该行业生产具有电阻率从 0.01 到 35 ohm x cm 的电子导电率（各种等级）的半导体掺杂硅，以及电阻率从 0.05 到 35 ohm x cm 的各种等级的空穴导电率。
硅和锗一样，广泛用于制造许多半导体器件。在硅整流器中，实现了比锗整流器 (80°C) 更高的反向电压和工作温度 (130 — 180°C)。点和平面由硅制成 二极管 三极管、光电池和其他半导体器件。
在图。图 3 显示了两种类型的锗和硅的电阻对其中杂质浓度的依赖性。
米。 3、杂质浓度对锗硅常温电阻的影响：1—硅，2—锗
图中的曲线表明，杂质对电阻的影响巨大：在锗中，它的内阻值从 60 ohm x cm 变化到 10-4 ohm x cm，即变化了 5 x 105 倍，而对于硅由 3 x 103 到 10-4 ohm x cm，即在 3 x 109 一次。
作为制作非线性电阻的材料，应用特别广泛的是多晶材料——碳化硅。
米。 4、碳化硅
电源线的阀位限制器由碳化硅制成 - 保护电源线免受过电压影响的装置。其中，由非线性半导体（碳化硅）制成的圆盘在线路中产生的浪涌波的作用下将电流传到大地。结果，线路恢复正常运行。在工作电压下，这些圆盘的电阻线增加，线到地的漏电流停止。
碳化硅是人工生产的——通过在高温（2000°C）下热处理石英砂与煤的混合物。
根据引入的添加剂，形成两种主要类型的碳化硅：绿色和黑色。它们在导电类型上有所不同，即：绿色碳化硅具有n型导电性，而黑碳化硅具有p型导电性。
为了 阀门限制器 碳化硅用于生产直径为 55 至 150 毫米、高度为 20 至 60 毫米的圆盘。在阀塞中，碳化硅圆盘彼此串联并带有火花隙。由圆盘和火花塞组成的系统由螺旋弹簧压缩。用螺栓将避雷器连接到 电源线导体, 和 ° C 避雷器的另一侧通过导线接地。保险丝的所有部件都放在一个瓷盒中。
在正常输电线路电压下，该阀不通过线路电流。在由大气电流或内部浪涌产生的增加的电压（浪涌）下，会产生火花隙并且阀盘将处于高压下。
它们的电阻将急剧下降，这将确保电流从线路泄漏到地。通过的大电流会将电压降低到正常值，并且阀盘中的电阻会增加。阀门将关闭，即线路的工作电流不会传输给它们。
碳化硅还用于在高工作温度（高达 500 °C）下工作的半导体整流器。