Ամենահայտնի կիսահաղորդիչը սիլիցիումն է (Si): Բայց բացի նրանից, կան շատ ուրիշներ։ Օրինակ՝ բնական կիսահաղորդչային նյութերն են, ինչպիսիք են ցինկի խառնուրդը (ZnS), կուպրիտը (Cu2O), գալենան (PbS) և շատ ուրիշներ: Կիսահաղորդիչների ընտանիքը, ներառյալ լաբորատոր սինթեզված կիսահաղորդիչները, մարդուն հայտնի նյութերի ամենաբազմակողմանի դասերից մեկն է։
Կիսահաղորդիչների բնութագրում
Պարբերական համակարգի 104 տարրերից 79-ը մետաղներ են, 25-ը՝ ոչ մետաղներ, որոնցից 13 քիմիական տարրը կիսահաղորդչային հատկություն ունի, իսկ 12-ը՝ դիէլեկտրիկ։ Կիսահաղորդիչների հիմնական տարբերությունն այն է, որ նրանց էլեկտրական հաղորդունակությունը զգալիորեն մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Ցածր ջերմաստիճանում նրանք իրենց պահում են դիէլեկտրիկների պես, իսկ բարձր ջերմաստիճաններում՝ հաղորդիչների: Ահա թե ինչպես են կիսահաղորդիչները տարբերվում մետաղներից. մետաղի դիմադրությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման համեմատ։
Կիսահաղորդչի և մետաղի ևս մեկ տարբերություն այն է, որ կիսահաղորդչի դիմադրությունըընկնում է լույսի ազդեցության տակ, մինչդեռ վերջինս չի ազդում մետաղի վրա։ Կիսահաղորդիչների հաղորդունակությունը նույնպես փոխվում է, երբ փոքր քանակությամբ կեղտ է ներմուծվում:
Կիսահաղորդիչները հանդիպում են տարբեր բյուրեղային կառուցվածք ունեցող քիմիական միացությունների մեջ: Սրանք կարող են լինել այնպիսի տարրեր, ինչպիսիք են սիլիցիումը և սելենը, կամ երկուական միացություններ, ինչպիսիք են գալիումի արսենիդը: Շատ օրգանական միացություններ, ինչպիսիք են պոլիացետիլենը (CH)n, , կիսահաղորդչային նյութեր են: Որոշ կիսահաղորդիչներ ունեն մագնիսական (Cd1-xMnxTe) կամ ֆերոէլեկտրական հատկություններ (SbSI): Բավարար դոպինգ ունեցող մյուսները դառնում են գերհաղորդիչներ (GeTe և SrTiO3): Վերջերս հայտնաբերված բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչներից շատերն ունեն ոչ մետաղական կիսահաղորդչային փուլեր: Օրինակ՝ La2CuO4-ը կիսահաղորդիչ է, բայց երբ համաձուլվում է Sr-ի հետ, այն դառնում է գերհաղորդիչ (La1-x Srx)2CuO4.
Ֆիզիկայի դասագրքերում կիսահաղորդիչը սահմանվում է որպես նյութ, որն ունի էլեկտրական դիմադրություն 10-4-ից մինչև 107 Ohm·m: Հնարավոր է նաև այլընտրանքային սահմանում։ Կիսահաղորդչի ժապավենի բացը 0-ից 3 էՎ է: Մետաղները և կիսամետաղները զրոյական էներգիայի բացվածքով նյութեր են, իսկ այն նյութերը, որոնցում այն գերազանցում է 3 էՎ-ն, կոչվում են մեկուսիչներ։ Կան նաև բացառություններ. Օրինակ, կիսահաղորդչային ադամանդն ունի 6 էՎ տիրույթի բացվածք, կիսամեկուսացնող GaAs-ը` 1,5 էՎ: GaN-ը՝ կապույտ տարածաշրջանի օպտոէլեկտրոնային սարքերի համար նախատեսված նյութը, ունի 3,5 էՎ տիրույթի բացվածք։
Էներգետիկ բացթողում
Ատոմների վալենտային ուղեծրերը բյուրեղային ցանցում բաժանվում են էներգիայի մակարդակների երկու խմբի՝ ազատ գոտի, որը գտնվում է ամենաբարձր մակարդակում և որոշում է կիսահաղորդիչների էլեկտրական հաղորդունակությունը, և ներքևում գտնվող վալենտական գոտի: Այս մակարդակները, կախված բյուրեղային ցանցի համաչափությունից և ատոմների բաղադրությունից, կարող են հատվել կամ տեղակայվել միմյանցից հեռավորության վրա։ Վերջին դեպքում գոտիների միջև առաջանում է էներգետիկ բաց կամ, այլ կերպ ասած, արգելված գոտի։
Մակարդակների գտնվելու վայրը և լցոնումը որոշում են նյութի հաղորդիչ հատկությունները: Այս հիման վրա նյութերը բաժանվում են հաղորդիչների, մեկուսիչների և կիսահաղորդիչների: Կիսահաղորդչային ժապավենի լայնությունը տատանվում է 0,01–3 էՎ-ի սահմաններում, դիէլեկտրիկի էներգիայի բացը գերազանցում է 3 էՎ-ն։ Մետաղները չունեն էներգիայի բացեր՝ համընկնող մակարդակների պատճառով:
Կիսահաղորդիչները և դիէլեկտրիկները, ի տարբերություն մետաղների, ունեն էլեկտրոններով լցված վալենտական գոտի, և մոտակա ազատ գոտին կամ հաղորդման գոտին պարսպապատված է վալենտական գոտուց էներգիայի բացվածքով՝ արգելված էլեկտրոնային էներգիաների շրջան։.
Դիէլեկտրիկներում ջերմային էներգիան կամ աննշան էլեկտրական դաշտը բավարար չէ այս բացվածքով ցատկ կատարելու համար, էլեկտրոնները չեն մտնում հաղորդման գոտի: Նրանք չեն կարողանում շարժվել բյուրեղյա ցանցի երկայնքով և դառնալ էլեկտրական հոսանքի կրող։
Էլեկտրական հաղորդունակությունը գրգռելու համար վալենտային մակարդակում գտնվող էլեկտրոնին պետք է տրվի էներգիա, որը բավարար կլինի էներգիան հաղթահարելու համար:բացը. Միայն էներգիայի քանակությունը կլանելու դեպքում էներգիայի բացվածքի արժեքից ոչ պակաս, էլեկտրոնը վալենտական մակարդակից կտեղափոխվի հաղորդման մակարդակ։
Այն դեպքում, երբ էներգիայի բացվածքի լայնությունը գերազանցում է 4 eV-ը, կիսահաղորդչային հաղորդունակության գրգռումը ճառագայթման կամ տաքացման միջոցով գործնականում անհնար է. հալման ջերմաստիճանում էլեկտրոնների գրգռման էներգիան անբավարար է էներգիայի բացվածքի գոտում անցնելու համար: Երբ ջեռուցվում է, բյուրեղը կհալվի այնքան ժամանակ, մինչև տեղի ունենա էլեկտրոնային հաղորդակցություն: Այս նյութերը ներառում են քվարց (dE=5,2 eV), ադամանդ (dE=5,1 eV), բազմաթիվ աղեր:
Կիսահաղորդիչների կեղտոտություն և ներքին հաղորդունակություն
Մաքուր կիսահաղորդչային բյուրեղներն ունեն իրենց հաղորդունակությունը: Նման կիսահաղորդիչները կոչվում են ներքին: Ներքին կիսահաղորդիչը պարունակում է հավասար թվով անցքեր և ազատ էլեկտրոններ: Երբ ջեռուցվում է, կիսահաղորդիչների ներքին հաղորդունակությունը մեծանում է: Հաստատուն ջերմաստիճանում դինամիկ հավասարակշռության վիճակ է առաջանում ձևավորված էլեկտրոն-անցք զույգերի և վերամիավորվող էլեկտրոնների և անցքերի քանակի մեջ, որոնք տվյալ պայմաններում մնում են հաստատուն:
Կեղտերի առկայությունը զգալի ազդեցություն ունի կիսահաղորդիչների էլեկտրական հաղորդունակության վրա։ Դրանց ավելացումը հնարավորություն է տալիս մեծապես ավելացնել փոքր թվով անցքերով ազատ էլեկտրոնների թիվը և հաղորդման մակարդակում ավելացնել փոքր թվով էլեկտրոններով անցքերի քանակը։ Կեղտոտ կիսահաղորդիչները անմաքրության հաղորդունակությամբ հաղորդիչներ են:
Այն աղտոտումները, որոնք հեշտությամբ էլեկտրոններ են տալիս, կոչվում են դոնորային կեղտեր: Դոնորային կեղտերը կարող են լինել քիմիական տարրեր ատոմներով, որոնց վալենտային մակարդակները պարունակում են ավելի շատ էլեկտրոններ, քան հիմնական նյութի ատոմները: Օրինակ, ֆոսֆորը և բիսմութը սիլիցիումի դոնորային կեղտեր են:
Էլեկտրոնը հաղորդման շրջան ցատկելու համար անհրաժեշտ էներգիան կոչվում է ակտիվացման էներգիա: Կեղտոտ կիսահաղորդիչներին դրա կարիքը շատ ավելի քիչ է, քան հիմնական նյութը: Թեթևակի տաքացման կամ լուսավորության դեպքում հիմնականում արտազատվում են կեղտոտ կիսահաղորդիչների ատոմների էլեկտրոնները: Ատոմից դուրս եկող էլեկտրոնի տեղը զբաղեցնում է անցք։ Բայց էլեկտրոնների վերահամակցումը անցքերի մեջ գործնականում տեղի չի ունենում: Դոնորի անցքի հաղորդունակությունը աննշան է: Դա պայմանավորված է նրանով, որ անմաքրության ատոմների փոքր քանակությունը թույլ չի տալիս ազատ էլեկտրոններին հաճախ մոտենալ անցքին և զբաղեցնել այն: Էլեկտրոնները գտնվում են անցքերի մոտ, բայց չեն կարողանում դրանք լրացնել էներգիայի անբավարար մակարդակի պատճառով:
Դոնորային խառնուրդի աննշան ավելացումը մեծության մի քանի կարգով մեծացնում է հաղորդիչ էլեկտրոնների թիվը՝ համեմատած ներքին կիսահաղորդիչում ազատ էլեկտրոնների քանակի հետ: Այստեղ էլեկտրոնները կեղտոտ կիսահաղորդիչների ատոմների հիմնական լիցքակիրներն են։ Այս նյութերը դասակարգվում են որպես n-տիպի կիսահաղորդիչներ։
Կիսահաղորդչի էլեկտրոնները կապող աղտոտումները՝ մեծացնելով նրա անցքերի թիվը, կոչվում են ակցեպտոր: Ընդունիչի կեղտերը քիմիական տարրեր են, որոնց վալենտային մակարդակում ավելի քիչ էլեկտրոններ կան, քան հիմնական կիսահաղորդիչը: Բոր, գալիում, ինդիում - ակցեպտորկեղտեր սիլիցիումի համար։
Կիսահաղորդչի բնութագրերը կախված են նրա բյուրեղային կառուցվածքի թերություններից: Դրանով է պայմանավորված չափազանց մաքուր բյուրեղներ աճեցնելու անհրաժեշտությունը։ Կիսահաղորդիչների հաղորդունակության պարամետրերը վերահսկվում են դոպանտների ավելացմամբ: Սիլիցիումի բյուրեղները լցնում են ֆոսֆորով (V ենթախմբի տարր), որը դոնոր է, որպեսզի ստեղծվի n-տիպի սիլիցիումի բյուրեղ: Անցքի հաղորդունակությամբ բյուրեղ ստանալու համար սիլիցիումի մեջ մտցվում է բորի ընդունիչ։ Նմանատիպ ձևով ստեղծվում են կիսահաղորդիչներ՝ փոխհատուցվող Ֆերմի մակարդակով, որպեսզի այն տեղափոխեն ժապավենի բացը:
Միաբջջային կիսահաղորդիչներ
Ամենատարածված կիսահաղորդիչը, իհարկե, սիլիցիումն է: Գերմանիումի հետ միասին այն դարձավ նմանատիպ բյուրեղային կառուցվածք ունեցող կիսահաղորդիչների լայն դասի նախատիպը։
Si և Ge բյուրեղների կառուցվածքը նույնն է, ինչ ադամանդի և α-անագի կառուցվածքը: Նրանում յուրաքանչյուր ատոմ շրջապատված է մոտակա 4 ատոմներով, որոնք կազմում են քառաեդրոն։ Այս կոորդինացումը կոչվում է քառակի: Տետրա-կապակցված բյուրեղները դարձել են էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության հիմքը և առանցքային դեր են խաղում ժամանակակից տեխնոլոգիաների մեջ: Պարբերական համակարգի V և VI խմբերի որոշ տարրեր նույնպես կիսահաղորդիչներ են։ Այս տեսակի կիսահաղորդիչների օրինակներ են ֆոսֆորը (P), ծծումբը (S), սելենը (Se) և թելուրը (Te): Այս կիսահաղորդիչներում ատոմները կարող են ունենալ եռապատիկ (P), երկակի (S, Se, Te) կամ քառապատիկ կոորդինացիա։ Արդյունքում, նմանատիպ տարրերը կարող են գոյություն ունենալ մի քանի տարբերումբյուրեղյա կառուցվածքներ, ինչպես նաև ստացվել ապակու տեսքով։ Օրինակ, Se-ն աճեցվել է մոնոկլինիկ և եռանկյուն բյուրեղային կառույցներում կամ որպես ապակի (որը նույնպես կարելի է համարել պոլիմեր):
- Ադամանդն ունի գերազանց ջերմային հաղորդունակություն, գերազանց մեխանիկական և օպտիկական բնութագրեր, բարձր մեխանիկական ուժ: Էներգիայի բացվածքի լայնությունը՝ dE=5,47 էՎ։
- Սիլիցիումը կիսահաղորդիչ է, որն օգտագործվում է արևային բջիջներում և ամորֆ ձևով՝ բարակ թաղանթով արևային բջիջներում: Այն արևային բջիջներում ամենաշատ օգտագործվող կիսահաղորդիչն է, հեշտ արտադրվող և ունի լավ էլեկտրական և մեխանիկական հատկություններ: dE=1,12 էՎ։
- Գերմանիումը կիսահաղորդիչ է, որն օգտագործվում է գամմա սպեկտրոսկոպիայի, բարձր արդյունավետության ֆոտոգալվանային բջիջներում: Օգտագործվել է առաջին դիոդներում և տրանզիստորներում: Պահանջում է ավելի քիչ մաքրում, քան սիլիցիումը: dE=0,67 էՎ։
- Սելենը կիսահաղորդիչ է, որն օգտագործվում է սելենի ուղղիչ սարքերում, որոնք ունեն բարձր ճառագայթային դիմադրություն և ինքնաբուժման կարողություն:
Երկտարրից բաղկացած միացություններ
Պարբերական համակարգի 3-րդ և 4-րդ խմբերի տարրերով կազմված կիսահաղորդիչների հատկությունները նման են 4-րդ խմբի նյութերի հատկություններին։ 4-րդ խմբի տարրերից անցում միացությունների 3–4 գր. կապերը դարձնում է մասամբ իոնային՝ 3-րդ խմբի ատոմից 4-րդ խմբի ատոմ էլեկտրոնի լիցքի տեղափոխման շնորհիվ։ Իոնականությունը փոխում է կիսահաղորդիչների հատկությունները։ Դա պայմանավորված է Կուլոնյան միջերեսային փոխազդեցության և էներգետիկ գոտու բացվածքի էներգիայի ավելացման համարէլեկտրոնային կառուցվածքներ. Այս տեսակի երկուական միացության օրինակ են ինդիումի հակամոնիդը InSb, գալիումի արսենիդ GaAs, գալիումի հակամոնիդ GaSb, ինդիումի ֆոսֆիդ InP, ալյումինի հակամոնիդ AlSb, գալիումի ֆոսֆիդ GaP։
Իոնականությունը մեծանում է, և դրա արժեքն էլ ավելի է աճում 2-6 խմբերի նյութերի միացություններում, ինչպիսիք են կադմիումի սելենիդը, ցինկի սուլֆիդը, կադմիումի սուլֆիդը, կադմիումի տելուրիդը, ցինկի սելենիդը: Արդյունքում, 2-6 խմբերի միացությունների մեծ մասը ունեն 1 eV-ից ավելի լայն գոտի, բացառությամբ սնդիկի միացությունների: Մերկուրի տելուրիդը կիսահաղորդիչ է առանց էներգիայի բացվածքի, կիսամետաղ, ինչպես α-անագը։
Խմբի 2-6 կիսահաղորդիչներ՝ էներգիայի մեծ բացվածքով, օգտագործվում են լազերների և դիսփլեների արտադրության մեջ: Ինֆրակարմիր ընդունիչների համար հարմար են 2-6 խմբերի երկուական միացումներ՝ նեղացած էներգիայի բացվածքով։ 1–7 խմբերի տարրերի երկուական միացությունները (պղնձի բրոմիդ CuBr, արծաթի յոդիդ AgI, պղնձի քլորիդ CuCl) իրենց բարձր իոնականության պատճառով ունեն 3 eV-ից ավելի լայն գոտի։ Դրանք իրականում կիսահաղորդիչներ չեն, այլ մեկուսիչներ։ Կուլոնյան միջիոնային փոխազդեցության պատճառով բյուրեղի խարսխման էներգիայի ավելացումը նպաստում է քարի աղի ատոմների կառուցվածքին վեցապատիկ, քան քառակուսի կոորդինացմամբ: Կիսահաղորդիչներ են նաև 4–6 խմբերի միացությունները՝ կապարի սուլֆիդ և տելուրիդ, անագի սուլֆիդ։ Այս նյութերի իոնականության աստիճանը նույնպես նպաստում է վեցակի կոորդինացիայի առաջացմանը։ Զգալի իոնականությունը չի խանգարում նրանց ունենալ շատ նեղ ժապավենային բացեր, ինչը թույլ է տալիս դրանք օգտագործել ինֆրակարմիր ճառագայթում ստանալու համար։ Գալիումի նիտրիդը` 3-5 խմբերից բաղկացած միացություն, որն ունի էներգիայի լայն բացվածք, կիրառություն է գտել կիսահաղորդչումլազերներ և լուսադիոդներ, որոնք գործում են սպեկտրի կապույտ մասում:
- GaAs-ը՝ գալիումի արսենիդը, երկրորդ ամենաօգտագործվող կիսահաղորդիչն է սիլիցիումից հետո, որը սովորաբար օգտագործվում է որպես հիմք այլ հաղորդիչների համար, ինչպիսիք են GaInNA-ները և InGaAs-ը, IR դիոդներում, բարձր հաճախականության միկրոսխեմաներում և տրանզիստորներում, բարձր արդյունավետությամբ արևային մարտկոցներում։, լազերային դիոդներ, դետեկտորներ միջուկային բուժում։ dE=1,43 eV, ինչը հնարավորություն է տալիս մեծացնել սարքերի հզորությունը սիլիցիումի համեմատ: Փխրուն, պարունակում է ավելի շատ կեղտեր, դժվար է արտադրել:
- ZnS, ցինկ սուլֆիդ - հիդրոսուլֆիդային թթվի ցինկի աղ 3,54 և 3,91 էՎ գոտիային բացվածքով, որն օգտագործվում է լազերներում և որպես ֆոսֆոր:
- SnS, անագի սուլֆիդ - կիսահաղորդիչ, որն օգտագործվում է ֆոտոռեզիստորներում և ֆոտոդիոդներում, dE=1, 3 և 10 eV:
Օքսիդներ
Մետաղների օքսիդները հիմնականում գերազանց մեկուսիչներ են, սակայն կան բացառություններ: Այս տեսակի կիսահաղորդիչների օրինակներ են նիկելի օքսիդը, պղնձի օքսիդը, կոբալտի օքսիդը, պղնձի երկօքսիդը, երկաթի օքսիդը, եվրոպիումի օքսիդը, ցինկի օքսիդը: Քանի որ պղնձի երկօքսիդը գոյություն ունի որպես պղնձի հանքանյութ, դրա հատկությունները լայնորեն ուսումնասիրվել են: Այս տիպի կիսահաղորդիչների աճեցման կարգը դեռ լիովին հասկանալի չէ, ուստի դրանց կիրառումը դեռ սահմանափակ է: Բացառություն է կազմում ցինկի օքսիդը (ZnO), որը 2-6 խմբի միացություն է, որն օգտագործվում է որպես փոխարկիչ և կպչուն ժապավենների և սպեղանի արտադրության մեջ:
Իրավիճակը կտրուկ փոխվեց այն բանից հետո, երբ հայտնաբերվեց թթվածնի հետ պղնձի բազմաթիվ միացություններում գերհաղորդականություն: ԱռաջինՄյուլլերի և Բեդնորցի կողմից հայտնաբերված բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչը միացություն էր, որը հիմնված էր La2CuO4 կիսահաղորդչի վրա՝ 2 էՎ էներգիայի բացվածքով: Եռավալենտ լանթանը երկվալենտ բարիումով կամ ստրոնցիումով փոխարինելով՝ անցքի լիցքակիրները մտցվում են կիսահաղորդիչ։ Անցքերի անհրաժեշտ կոնցենտրացիայի հասնելը La2CuO4 -ը վերածում է գերհաղորդիչի: Ներկայումս գերհաղորդիչ վիճակի անցման ամենաբարձր ջերմաստիճանը պատկանում է HgBaCa2Cu3O8. Բարձր ճնշման դեպքում դրա արժեքը 134 Կ է։
ZnO, ցինկի օքսիդ, օգտագործվում է վարիստորների, կապույտ LED-ների, գազի սենսորների, կենսաբանական սենսորների, պատուհանների ծածկույթների մեջ՝ ինֆրակարմիր լույսն արտացոլելու համար, որպես LCD-ների և արևային վահանակների հաղորդիչ: dE=3,37 eV.
Շերտային բյուրեղներ
Կրկնակի միացությունները, ինչպիսիք են կապարի դիոդիդը, գալիումի սելենիդը և մոլիբդենի դիսուլֆիդը, բնութագրվում են շերտավոր բյուրեղային կառուցվածքով: Շերտերում գործում են զգալի ամրության կովալենտային կապեր, որոնք շատ ավելի ամուր են, քան վան դեր Վալսյան կապերը հենց շերտերի միջև: Այս տիպի կիսահաղորդիչները հետաքրքիր են նրանով, որ էլեկտրոնները շերտերում իրենց պահում են գրեթե երկչափ: Շերտերի փոխազդեցությունը փոխվում է օտար ատոմների ներմուծմամբ՝ ինտերկալացիա։
MoS2, մոլիբդենի դիսուլֆիդը օգտագործվում է բարձր հաճախականության դետեկտորներում, ուղղիչ սարքերում, մեմրիստորներում, տրանզիստորներում: dE=1.23 և 1.8 eV.
Օրգանական կիսահաղորդիչներ
Օրգանական միացությունների վրա հիմնված կիսահաղորդիչների օրինակներ՝ նաֆթալին, պոլիացետիլեն(CH2) , անտրացեն, պոլիդիացետիլեն, ֆտալոցիանիդներ, պոլիվինիլկարբազոլ: Օրգանական կիսահաղորդիչներն առավելություն ունեն անօրգանականների նկատմամբ՝ հեշտ է նրանց ցանկալի հատկություններ հաղորդել։ –С=С–С=տիպի խոնարհված կապերով նյութերն ունեն զգալի օպտիկական ոչ գծայինություն և դրա շնորհիվ օգտագործվում են օպտոէլեկտրոնիկայի մեջ։ Բացի այդ, օրգանական կիսահաղորդիչների էներգիայի անջատման գոտիները փոխվում են՝ փոխելով միացությունների բանաձևը, ինչը շատ ավելի հեշտ է, քան սովորական կիսահաղորդիչներինը։ Ածխածնի ֆուլլերենի, գրաֆենի, նանոխողովակների բյուրեղային ալոտրոպները նույնպես կիսահաղորդիչներ են։
- Ֆուլերենն ունի ածխածնի զույգ թվով ատոմների ուռուցիկ փակ բազմաիդրոնի կառուցվածք: Իսկ դոպինգ ֆուլերենը C60 ալկալիական մետաղով այն վերածում է գերհաղորդիչի:
- Գրաֆենը ձևավորվում է ածխածնի միատոմային շերտով, որը միացված է երկչափ վեցանկյուն վանդակի մեջ: Այն ունի ռեկորդային ջերմային հաղորդունակություն և էլեկտրոնների շարժունակություն, բարձր կոշտություն
- Նանոխողովակները գրաֆիտային թիթեղներ են, որոնք գլորվել են խողովակի մեջ՝ մի քանի նանոմետր տրամագծով: Ածխածնի այս ձևերը մեծ խոստումնալից են նանոէլեկտրոնիկայի մեջ: Կախված միացումից, կարող է դրսևորել մետաղական կամ կիսահաղորդիչ հատկություններ:
Մագնիսական կիսահաղորդիչներ
Մագնիսական եվրոպիումի և մանգանի իոններով միացություններն ունեն հետաքրքիր մագնիսական և կիսահաղորդչային հատկություններ: Այս տեսակի կիսահաղորդիչների օրինակներ են եվրոպիումի սուլֆիդը, եվրոպիումի սելենիդը և պինդ լուծույթները, ինչպիսիք են. Cd1-xMnxTe. Մագնիսական իոնների պարունակությունը ազդում է այն բանի վրա, թե ինչպես են նյութերում դրսևորվում մագնիսական հատկությունները, ինչպիսիք են հակաֆերոմագնիսությունը և ֆերոմագնիսությունը: Կիսամագնիսական կիսահաղորդիչները կիսահաղորդիչների պինդ մագնիսական լուծույթներ են, որոնք պարունակում են մագնիսական իոններ փոքր կոնցենտրացիայի մեջ։ Նման ամուր լուծումները ուշադրություն են գրավում իրենց խոստման և հնարավոր կիրառման մեծ ներուժի շնորհիվ: Օրինակ, ի տարբերություն ոչ մագնիսական կիսահաղորդիչների, նրանք կարող են հասնել միլիոն անգամ ավելի մեծ Ֆարադեյի պտույտի:
Մագնիսա-օպտիկական ուժեղ ազդեցությունները մագնիսական կիսահաղորդիչների հնարավորություն են տալիս դրանք օգտագործել օպտիկական մոդուլյացիայի համար: Պերովսկիտները, ինչպիսիք են Mn0, 7Ca0, 3O3, գերազանցում են մետաղին` կիսահաղորդչին, որի անմիջական կախվածությունը մագնիսական դաշտից հանգեցնում է հսկա մագնիսական դիմադրության երևույթին։ Դրանք օգտագործվում են ռադիոտեխնիկայում, օպտիկական սարքերում, որոնք կառավարվում են մագնիսական դաշտով, միկրոալիքային սարքերի ալիքատարներում։
Կիսահաղորդչային ֆերոէլեկտրիկներ
Բյուրեղների այս տեսակն առանձնանում է դրանցում էլեկտրական մոմենտների առկայությամբ և ինքնաբուխ բևեռացման առաջացմամբ։ Օրինակ՝ կիսահաղորդիչներ, ինչպիսիք են կապարի տիտանատ PbTiO3, բարիումի տիտանատ BaTiO3, գերմանիումի տելուրիդ GeTe, անագ թելուրիդ SnTe, որոնք ցածր ջերմաստիճաններում ունեն հատկություններ: ֆերոէլեկտրական. Այս նյութերն օգտագործվում են ոչ գծային օպտիկական, հիշողության և պիեզո սենսորներում:
Կիսահաղորդչային նյութերի բազմազանություն
Բացի վերը նշվածիցկիսահաղորդչային նյութեր, կան շատ ուրիշներ, որոնք չեն պատկանում թվարկված տեսակներից որևէ մեկին: Տարրերի միացումներն ըստ 1-3-52 (AgGaS2) և 2-4-52 բանաձևի համաձայն (ZnSiP2) առաջացնում է բյուրեղներ խալկոպիրիտի կառուցվածքում: Միացությունների կապերը քառանիստ են, նման են 3–5 և 2–6 խմբերի կիսահաղորդիչներին՝ ցինկի խառնուրդի բյուրեղային կառուցվածքով։ Միացությունները, որոնք կազմում են 5-րդ և 6-րդ խմբերի կիսահաղորդիչների տարրերը (ինչպես 2Se3), կիսահաղորդիչներ են բյուրեղի կամ ապակու տեսքով:. Կիսահաղորդչային ջերմաէլեկտրական գեներատորներում օգտագործվում են բիսմութ և անտիմոնային քալկոգենիդներ։ Այս տիպի կիսահաղորդիչների հատկությունները չափազանց հետաքրքիր են, բայց դրանք ժողովրդականություն չեն ձեռք բերել իրենց սահմանափակ կիրառման պատճառով: Այնուամենայնիվ, դրանց գոյության փաստը հաստատում է կիսահաղորդիչների ֆիզիկայի այնպիսի ոլորտների առկայությունը, որոնք դեռ ամբողջությամբ չեն ուսումնասիրվել:
