半导体是一种什么样的才料？作用是什么？有什么优缺点？

半导体的材料：常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。半导体按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（ 硫化镉、硫化锌等）、氧化物（锰、铬、铁、铜的氧化物）,以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。

半导体的作用：

（1）集成电路 它是半导体技术发展中最活跃的一个领域，已发展到大规模集成的阶段。在几平方毫米的硅片上能制作几万只晶体管，可在一片硅片上制成一台微信息处理器，或完成其它较复杂的电路功能。集成电路的发展方向是实现更高的集成度和微功耗，并使信息处理速度达到微微秒级。

（2）微波器件 半导体微波器件包括接收、控制和发射器件等。毫米波段以下的接收器件已广泛使用。在厘米波段，发射器件的功率已达到数瓦，人们正在通过研制新器件、发展新技术来获得更大的输出功率。

（3）光电子器件 半导体发光、摄象器件和激光器件的发展使光电子器件成为一个重要的领域。它们的应用范围主要是：光通信、数码显示、图象接收、光集成等。

半导体的特点：

（1）电阻率的变化受杂质含量的影响极大。例如，硅中只含有亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的千分之一。如果所含杂质的类型不同，导电类型也不同。由此可见，半导体的导电性与所含的微量杂质有着非常密切的关系。

（2）电阻率受外界条件（如热、光等）的影响很大。温度升高或受光照射时均可使电阻率迅速下降。一些特殊的半导体在电场或磁场的作用下，电阻率也会发生改变。

拓展：半导体的未来发展

      以GaN（氮化镓）为代表的第三代半导体材料及器件的开发是新兴半导体产业的核心和基础，其研究开发呈现出日新月异的发展势态。GaN基光电器件中，蓝色发光二极管LED率先实现商品化生产 成功开发蓝光LED和LD之后，科研方向转移到GaN紫外光探测器上 GaN材料在微波功率方面也有相当大的应用市场。氮化镓半导体开关被誉为半导体芯片设计上一个新的里程碑。美国佛罗里达大学的科学家已经开发出一种可用于制造新型电子开关的重要器件，这种电子开关可以提供平稳、无间断电源。

化合物半导体探测器是六十年代快速发展的新型核辐射探测器件之一。室温化合物半导体探测器是区别于P-N结型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗核探测器等的一种特殊类型半导体核探测器。

室温核辐射探测的化合物半导体材料应当具备以下的特征：

(1)组成材料的元素应具有较高的原子序数，以此确保该材料对γ射线较高的阻止本领，以保证其具有较高的探测效率；

(2)材料应具有较大的禁带宽度，一般大于1.5eV，以保证探测器工作在室温时有较低的漏电流和较高的电阻率；

(3)材料应具有良好的工艺性能，较容易制得高纯度、低晶格缺陷的单晶体。此外材料应具有优良的机械性能和化学稳定性，以便于进行机械加工，容易制成欧姆接触或势垒接触；

(4)材料应具有优异的物理性能，可以耐较高的反向偏压(反向偏压能达到几百伏)，反向漏电流尽可能小，载流子的迁移率-寿命积要大，以确保探测器具有较小的热噪声和良好的能量分辨率。

室温核辐射半导体探测器是以大尺寸的高质量的化合物半导体晶体材料(碘化汞、锑化铝、碲化镉、碲锌镉、碘化铅、砷化镓、硒化镉等)的研制为主体，涉及到材料制备、器件设计和器件制备等关键技术。1967年，Prince和Polishuk第一次列出了碲化镉、磷化镓和硒化镉三种可以制作室温核探测材料的材料。20世纪70年代初美国开始对碘化汞展开了研究，碘化汞晶体具有较高的禁带宽度和电阻率，但是其化学稳定性较差，且常温下容易挥发潮解，制成的探测器必须进行严格的密封处理。与此同时，1977年，Armantrout等人通过对比几种最有前途的室温半导体核探测材料，最有希望的是锑化铝材料，但是该材料的单晶极难生长且极易潮解。Eberhardt等人利用液相外延生长技术得到了高完整性能砷化镓单晶，最先成功制造出有较好能量分辨率的伽马射线探测器，但是由于其原子序数较低，对于高能射线的阻止本领和探测效率都较低，发展受到了限制。但是碲化镉探测器的优点在于有较大的原子序数，对伽马射线有较高的阻止本领，探测效率较高，但有较大的热激发产生的漏电流，能量分辨率

低且有极化效应。由于碲化镉晶体的上述缺点，人们在碲化镉晶体中掺入锌，使其带宽增加，而发展成了一种新的材料。碲锌镉材料用于常温半导体探测器最早可追溯到1967年，但直到20世纪90年代初，生产工艺的提高才得以大大改善了碲锌镉晶体的特性，研究得到了实质性进展。随着锌含量的不同，禁带宽度由近红外至绿光波段连续变化，且无极化现象。但是碲锌镉存在两个主要缺点：能量分辨率不高；由于生长工艺的复杂性，高质量大尺寸的碲锌镉很难获得。

用于制作核辐射探测器的材料还有碲化锌、硫化铯、碘化铟、硒化稼等化合物半导体材料，人们对这些材料及其探测器还没有进行深入的研究。

现今，国内四川大学、清华大学、上海大学、兰州大学、重庆大学、西北工业大学、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、中国原子能科学研究院核技术应用研究所、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所以及燕山大学(与美国伊利诺伊大学合作)等单位开始在国家自然科学基金或其他课题资助下进行了一系列化合物半导体单晶(如碘化铅、碘化汞、碲锌镉、氮化镓、碘化铟等)的生长、性能和核探测器应用的研究工作。

锑,元素符号Sb，原子序数51，原子量121.75，外围电子排布5s25p3，位于第五周期第ⅤA族。共价半径141皮米，离子半径Sb-3245皮米，Sb+562皮米，第一电离能833.7千焦/摩尔，电负性1.9，主要氧化数(-3)、+3、+5。锑有几种同素异形体。通常最稳定的是灰锑，银白或银灰色菱形晶体，脆而硬，由液态凝固时体积膨胀，即有冷胀性，密度6.68g/cm3，熔点 630.74℃，沸点1750℃，锑蒸气分子为Sb4，导电性差。此外还有灰色的无定形锑，黄色的黄锑，黑色的黑锑等。锑化学性质不很活动。室温下不能被空气中氧气氧化，但能跟氟、氯、溴化合生成三价或五价卤化物。加热时可跟碘、硫化合。高温时燃烧显蓝色并生成Sb4O6。常温时不跟水反应，红热时跟水反应放出氢气。跟热硝酸反应，生成水合氧化锑：

6Sb+10HNO3+3xH2O=3Sb2O5·xH2O+10NO↑+5H2O

能溶于热的浓盐酸和硫酸生成氯化锑和硫酸锑。与强碱反应生成亚锑酸盐，主要用于制合金如印刷用的活字合金、硬质合金、巴氏合金。还用于制锑盐、医药、颜料及半导体材料等。古代已应用锑及其化合物。在自然界中有游离态和化合态两种形式存在，主要矿物有辉锑矿(Sb2S3)和方锑矿(Sb2O3)。在地壳中的丰度为1.0×10-4％。用辉锑矿跟铁屑共热，或用三氧化二锑与碳共热都可还原出锑。

来自：http://chemyq.com/xz/xz1/685likvv.htm

性质：第15族(VA)主族准金属元素。原子序数51。稳定同位素121，123。密度6.691g/cm3(20℃)。熔点630.76℃(3。沸点1587℃。氧化态0，-3，+3，+5。锑有两种同素异形体：正常稳定的金属锑和非晶态的灰锑。金属锑呈蓝白色，具有金属光泽，质地硬而脆。室温下不与干燥空气作用。受热时燃烧生成三氧化二锑白烟。不与稀酸和碱作用。主要矿物有辉锑矿(主要组分三硫化二锑)、锑硫镍矿(硫化锑镍)和重金属锑化物。将锑矿石焙烧成氧化物，再用铁或碳还原可得金属锑，并经电解精制。在半导体工业中用于制造二极管，红外检测器、合金增硬剂、抗摩擦合金、铅字合金、蓄电池等。锑的氧化物、硫化物和锑酸钠、用于制造阻燃剂、涂料、陶器釉质，玻璃和瓷器等。

来自：http://chemyq.com/xz/xz6/56104nduce.htm

密度：6.684

熔点：630.5℃

沸点：1635℃

性状：有金属变体和黄色变体两种同素异形体，前者有银白色金属光泽，具有鲜明的晶体结构。

溶解情况：不溶于水、盐酸和碱溶液，溶于王水、浓硫酸，以及硝酸和酒石酸的混合液。

用途：主要供制印刷合金、巴比合金、锑盐和颜料、蓄电池、白冰铜、硬质合金、轴承合金。也用于半导体工业。

制备或来源：自然界所产的锑大多数是灰锑矿。可将灰锑矿与铁粉混合共热而取代出锑，或煅烧成氧化物后再与碳共热而使氧化物还原成锑。

来自：http://chemyq.com/xz/xz13/127320ntdph.htm

银白色或深灰色金属粉末蒸汽压 0.13kPa(886℃)熔点630.5℃沸点1635℃溶解性：不溶于水、盐酸、碱液，溶于王水及浓硫酸密度：相对密度(水=1)6.68稳定性：稳定危险标记 15(有害品，远离食品)主要用途 主要用于制造合金，也用于印刷和颜料行业

2.对环境的影响:

一、健康危害

侵入途径：吸入、食入。

健康危害：锑对粘膜有刺激作用，可引起内脏损害。

急性中毒：接触较高浓度引起化学性结膜炎、鼻炎、咽炎、喉炎、支气管炎、肺炎。口服引起急性胃肠炎。全身症状有疲乏无力、头晕、头痛、四肢肌肉酸痛。可引起心、肝、肾损害。

慢性影响：常出现头痛、头晕、易兴奋、失眠、乏力、胃肠功能紊乱、粘膜刺激症状。可引起鼻中隔穿孔；在锑冶炼过程中可引起锑尘肺；对皮肤有明显的刺激作用和致敏作用。

二、毒理学资料及环境行为

急性毒性：LD507000mg/kg(大鼠经口)

锑以+3、+4、+5价化合物存在于环境中，尤以三价化合物为常见，主要的有三硫化二锑、三氧化二锑、三氯化锑等。

迁移转化：天然水中锑的自然含量一般为0.01～5.0ppb，平均为0.5ppb。海水中含锑量为0.18～5.6ppb，平均为0.24ppb。锑在水中的迁移机制，有通过结晶矿物的迁移，有机螯合迁移、被吸附性离子迁移、与氧化物相缔合的迁移，以及可溶性迁移。溶于水中的锑化合物有三氯化锑、硫酸锑、酒石酸锑和五氯化锑。锑在淡水中以五价锑存在。海水中的锑以络合物形式存在，其主要配位体是羟基，下不为例上的形态为Sb(OH)6-或二聚物Sb2O(OH)4。受锑污染的土壤，锑一般富集在表层，主要是土壤表层无机和有机胶体的吸附作用。锑在土壤中是以+3、+5价状态存在。在旱田或干土中，土壤处于氧化状态，此时土壤中的Sb3+可氧化成Sb5+，锑以Sb5+存在居多。水田土壤处于淹没还原状态，土壤中的锑主要以Sb3+存在。

危险特性：遇明火、高热可燃。粉体与空气可形成爆炸性混合物，当达到一定的浓度时，遇火星会发生爆炸。与硝酸铵、二氟化溴、三氮化溴、氯酸、氧化氯、三氟化氯、硝酸、硝酸钾、高锰酸钾、过氧化钾接触能引起反应。

燃烧(分解)产物：氧化锑。

3.现场应急监测方法:

4.实验室监测方法:

5-Br-PADAP光度法；原子吸收法《水和废水监测分析方法》(第三版)国家环保局编

5-Br-PADAP光度法《空气和废气监测分析方法》国家环保局编

原子吸收法《固体废弃物试验分析评价手册》中国环境监测总站等译

5.环境标准:

前苏联(1975) 车间卫生标准 0.5mg/m3

中国(待颁布) 饮用水源水中有害物质的最高容许浓度 0.05mg/L

欧洲共同体(1980) 饮用水中最高容许浓度 10μg/L

6.应急处理处置方法:

一、泄漏应急处理

隔离泄漏污染区，限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般作业工作服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏：避免扬尘，用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器中。转移回收。大量泄漏：用塑料布、帆布覆盖，减少飞散。然后转移回收。

二、防护措施

呼吸系统防护：可能接触其粉尘时，应该佩戴自吸过滤式防尘口罩。必要时，佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。

眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。

身体防护：穿透气型防毒服。

手防护：戴防化学品手套。

其它：工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作毕，淋浴更衣。单独存放被毒物污染的衣服，洗后备用。保持良好的卫生习惯。

三、急救措施

皮肤接触：脱去被污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。

眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗，就医。

吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。

食入：饮足量温水，催吐，洗胃。就医。

灭火方法：灭火剂：干粉、干砂。禁止用二氧化碳和酸碱灭火剂灭火。

来自：http://chemyq.com/xz/xz1/3078iybob.htm

---