元素半導體

元素半導體（element semiconductor）是由同種元素組成的具有半導體特性的固體材料，即電阻率約為10～10Ω·cm，微量雜質和外界條件變化都會顯著改變其導電性能的固體材料。周期表中，金屬和非金屬元素之間有十二種具有半導體性質的元素，硼(B)、金剛石(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、灰-錫(Sn)、磷(P)、灰-砷(As)、黑-銻(Sb)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、碘(I)。

但其中的大多數是不穩定的，硫、磷、砷、銻、碘都易揮發，灰一錫低溫下才穩定，現認為是禁帶寬度為零的典型半金屬材料，室溫下轉變成無半導體性質的白-錫。硼的熔點太高，不易製備單晶。只有鍺、硅性能優越．是獲得了廣泛應用的典型元素半導體材料。此外，硒在電子照相和光電領域中也獲得了新的用途。

硅和鍺是我們最熟悉的元素半導體。鍺是最早實現提純和完美晶體生長，並最早用來製造晶體管的半導體材料。但是，由於鍺的禁帶較窄，鍺器件的穩定工作溫度遠不如硅器件高，加之資源有限，其重要地位早在半導體工業發展初期就被硅所取代。目前，鍺僅以其較高的載流子遷移率和在某些重摻雜情況下的高度紅外敏感特性，在低頻小功率晶體管以及遠紅外探測器等方面維持著有限的應用。最近，由於半導體能帶工程研究的興起，鍺硅合金因其能帶結構可以根據需要而改變受到普遍重視，鍺作為這種合金的主要成分而得到新的應用。

硅以其優越的物理性質、成熟而較為容易的製備方法以及地球上豐富的資源而成為當前應用最為廣泛的元素半導體。硅在地殼中的資源含量約為27%，因而自20世紀50年代末起，隨著提純和晶體生長技術以及硅平面工藝的發展，硅很快就在半導體工業中取代了鍺的位置。到目前為止，二極體、晶體管和集成電路的製造，仍然是半導體工業的核心內容，而晶體硅則是製造這些器件的最主要材料。

硅在半導體工業中獲得最廣泛的應用，這在很大程度上得益於二氧化硅的特殊性質。首先，二氧化硅薄膜層能夠有效地掩蔽大多數重要的受主和施主雜質的擴散，從而為器件製造工藝中的選擇擴散提供了最理想的掩膜，使器件的集合圖形可以得到精確的控制；其次，有氧化膜的硅表面比自由表面有更好的電特性，因而硅器件比較容易解決表面的鈍化問題，容易使器件特性獲得良好的重複性和穩定性；此外，由於二氧化硅是一種性能很穩定的絕緣體，將它夾在硅與金屬之間構成的金屬一氧化物一半導體結構。是MOS型場效應晶體管的基礎，這是一種只利用多數載流子工作的單極性器件。由於化合物半導體材料的氧化物在性質上都存在著一些尚難克服的短處，硅MOSFET是目前唯一能夠普遍應用的MOS器件。

具有半導體特性的元素，如硅、鍺、硼、硒、碲、碳、碘等組成的材料。其導電能力介乎導體和絕緣體之間。。主要採用直拉法、區熔法或外延法製備。工業上應用最多的是硅、鍺、硒。用於製作各種晶體管、整流器、集成電路、太陽能電池等方面。其他硼、碳（金剛石、石墨）、碲、碘及紅磷、灰砷、灰銻、灰鉛、硫也是半導體，但都尚未得到應用。

典型的半導體材料居於Ⅳ-A族，它們都具有明顯的共價鍵；都以金剛石型結構結晶；它們的帶隙寬度隨原子序數的增加而遞減，其原因是其鍵合能隨電子層數的增加而減小。V-A族都是某一種同素異形體具有半導體性質，其帶隙寬度亦隨原子序數的增加而減小。