稀磁半导体(Diluted magnetic semiconductors, DMS)是指非磁性半导体中的部分原子被过渡金属元素(transition metals, TM)取代后形成的磁性半导体。因为一般掺入的杂质浓度不高,磁性比较弱,因而叫做稀磁半导体,或者半磁半导体。因兼具有半导体和磁性的性质,即在一种材料中同时应用电子电荷和自旋两种自由度,因而引起科研工作者的广泛关注,目前尚处于研究阶段。存在的问题集中于稀磁半导体的磁性来源,倘若研究结果与人设想的相同,则必将给计算机领域带来一场新的革命。
碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)。
1、碳化硅(SiC)
碳化硅,化学式SiC,俗称金刚砂,宝石名称钻髓,为硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物,碳化硅在大自然以莫桑石这种稀罕的矿物的形式存在。自1893年起碳化硅粉末被大量用作磨料。
2、氮化镓(GaN)
氮化镓是氮和镓的化合物,是一种III族和V族的直接能隙的半导体,自1990年起常用在发光二极管中。
此化合物结构类似纤锌矿,硬度很高。氮化镓的能隙很宽,为3.4电子伏特,可以用在高功率、高速的光电元件中,例如氮化镓可以用在紫光的激光二极管,可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光的条件下,产生紫光激光。
3、氧化锌(ZnO)
氧化锌是锌的氧化物,难溶于水,可溶于酸和强碱。它是白色固体,故又称锌白。它能通过燃烧锌或焙烧闪锌矿取得。在自然中,氧化锌是矿物红锌矿的主要成分。人造氧化锌有两种制造方法:由纯锌氧化或烘烧锌矿石而成。
4、金刚石
金刚石(diamond),俗称“金刚钻”,它是一种由碳元素组成的矿物,是石墨的同素异形体,化学式为C,也是常见的钻石的原身。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。
金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具,也是一种贵重宝石。
5、氮化铝(AlN)
氮化铝是铝的氮化物。纤锌矿状态的氮化铝是一种宽带隙的半导体材料。故也是可应用于深紫外线光电子学的半导体物料。
半导体材料有:元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体,具体如下。
一、元素半导体
在元素周期表的ⅢA族至IVA族分布着11种具有半导性的元素,其中C表示金刚石。C、P、Se具有绝缘体与半导体两种形态;B、Si、Ge、Te具有半导性;Sn、As、Sb具有半导体与金属两种形态。P的熔点与沸点太低,Ⅰ的蒸汽压太高、容易分解,所以它们的实用价值不大。
As、Sb、Sn的稳定态是金属,半导体是不稳定的形态。B、C、Te也因制备工艺上的困难和性能方面的局限性而尚未被利用。
因此这11种元素半导体中只有Ge、Si、Se 3种元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半导体材料中应用最广的两种材料。
二、无机化合物半导体
分二元系、三元系、四元系等。二元系包括:Ⅳ-Ⅳ族:SiC和Ge-Si合金都具有闪锌矿的结构。
Ⅲ-Ⅴ族:由周期表中Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb组成,典型的代表为GaAs。它们都具有闪锌矿结构,它们在应用方面仅次于Ge、Si,有很大的发展前途。
Ⅱ-Ⅵ族:Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物,是一些重要的光电材料。ZnS、CdTe、HgTe具有闪锌矿结构。
Ⅰ-Ⅶ族:Ⅰ族元素Cu、Ag、Au和Ⅶ族元素Cl、Br、I形成的化合物,其中CuBr、CuI具有闪锌矿结构。
Ⅴ-Ⅵ族:Ⅴ族元素As、Sb、Bi和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物具有的形式,如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3等是重要的温差电材料。
第四周期中的B族和过渡族元素Cu、Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物,为主要的热敏电阻材料。
某些稀土族元素Sc、Y、Sm、Eu、Yb、Tm与Ⅴ族元素N、As或Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物。
三、有机化合物半导体
已知的有机半导体有几十种,熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等,它们作为半导体尚未得到应用。
四、非晶态与液态半导体
这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。
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