2.1 半导体材料的分类

固体材料可以分为三类，即绝缘体、半导体及导体。图2.1列出这三类中一些重要材料的电阻率范围：绝缘体（1018～108Ω·cm），半导体（108～10-3Ω·cm），导体（10-3～10-8Ω·cm）。

图2.1 典型绝缘体、半导体、导体的电阻率范围

半导体材料在自然界及人工合成的材料中是一个大的分支。顾名思义，半导体的电导率低于导体，而高于绝缘体，具有如下的主要特征：

（1）室温下的电导率在103～10-9 S/cm之间。一般金属为107～104 S/cm，而绝缘体则小于10-10 S/cm。同时，同一种半导体材料的电导率，因掺入的杂质量不同，可在几个到十几个数量级的范围内变化，也可因光照或射线辐照明显地改变；而金属的电导率受杂质的影响小，一般只在百分之几十的范围内变化，不受光照的影响。

（2）较高纯度半导体材料的电导率呈现正温度系数。即随着温度升高，它的电导率增大；而金属导体则相反，其电导率的温度系数为负值。

（3）有两种载流子参加导电。一种是为大家所熟悉的电子，另一种则是带正电的载流子，称为空穴。而且同一种半导体材料，通过改变掺杂，既可以形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。金属是仅靠电子导电，而电解质则是靠正离子和负离子同时导电。

对半导体材料可从不同的角度进行分类。例如，根据其性能可分为高温半导体、磁性半导体、热电半导体；根据其晶体结构可分为金刚石型、闪锌矿型、纤锌矿型及黄铜矿型半导体；根据其结晶程度可分为晶体半导体、非晶半导体和微晶半导体。但是，对于大多数典型的半导体，按其特性和功能来归类是十分困难的，因为我们所有熟知的半导体材料都不止一种功能，不止一种可以付诸实际应用的特性。所以，一般按照材料的化学成分和结构特性来进行分类，如表2.1 所示。在这一节，我们将依次来对元素半导体、化合物半导体及其固溶体进行介绍[1]。

表2.1 主要半导体分类