半导体的主要成分包括硅(Si)、锗(Ge)等元素半导体,以及砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)等化合物半导体。这些材料的导电性介于导体与绝缘体之间,通过掺杂可精确控制其电学性能,广泛应用于集成电路、光电器件等领域。硅因其稳定性与资源丰富性成为主流材料,而氮化镓(GaN)等宽禁带材料在高功率、高频应用中表现突出。
- 元素半导体:以硅和锗为代表,硅因耐高温、抗辐射特性主导现代电子工业,锗则早期用于晶体管。其他如硒(Se)曾用于整流器,但实用价值受限。
- 化合物半导体:
- Ⅲ-Ⅴ族(如GaAs、InP):电子迁移率高,适用于高频通信和激光器件。
- Ⅱ-Ⅵ族(如ZnSe、CdTe):光电性能优异,用于太阳能电池和探测器。
- 碳化硅与氮化镓:耐高温、高电压,是电动汽车和5G基站的核心材料。
- 掺杂技术:通过掺入磷(N型)或硼(P型)改变导电类型,实现二极管、晶体管等器件功能。
随着技术发展,半导体材料不断突破性能极限,推动人工智能、量子计算等前沿领域进步。选择材料时需综合考虑成本、性能与应用场景。