Liste de matériaux semi-conducteurs

Cet article recense des matériaux semi-conducteurs.

Généralités

Les matériaux semi-conducteurs sont des isolants au zéro absolu qui conduisent l'électricité de façon limitée à température ambiante. Parmi leurs caractéristiques principales, ils peuvent être dopés grâce à des impuretés pour altérer leurs propriétés électriques.

Les semi-conducteurs sont classés selon leur composition chimique. Il existe des semi-conducteurs élémentaires tels que le silicium (Si), le germanium (Ge) et l'étain gris (α-Sn), qui appartiennent tous au groupe 14 du tableau périodique (autrefois appelé groupe IVB et désigné ici comme groupe IV). Il existe également des semi-conducteurs composites, binaires, ternaires, quaternaires, voire quinaires, respectivement constitués de deux, trois, quatre ou cinq espèces chimiques différentes. Ces éléments peuvent être du groupe IV, comme dans le cas carbure de silicium, mais il est plus courant qu'il s'agisse d'éléments d'autres groupes, les plus courants étant les semi-conducteurs III-V, constitués d'éléments du groupe III (groupe 13) (aluminium, gallium, indium, etc.) et d'éléments du groupe V (groupe 15) (azote, phosphore, arsenic, antimoine, etc.).

Semi-conducteurs par groupe

Groupe IV

Les éléments du groupe IV sont exceptionnels dans le tableau périodique en ce sens que l'enveloppe extérieure des atomes individuels est exactement à moitié rempli. Par un échange de quatre électrons de la coque extérieure avec un autre atome de Si, une structure cristalline tridimensionnelle sans direction préférentielle peut être réalisée. On peut aussi combiner deux différents groupes semi-conducteurs IV pour obtenir un matériau composé tel que le SiC (carbure de silicium). SiC est une matière proche de la ligne frontière entre les semi-conducteurs et des isolants avec une constante de réseau de 0,436 nm et un écart d'énergie de 3,0 eV (413 nm).

Les semi-conducteurs suivants sont situés dans le groupe 14 du tableau périodique :

Semi-conducteurs élémentaires :
- Diamant (C)
- Silicium (Si)
- Germanium (Ge)

Semi-conducteurs composites :
- Carbure de silicium (SiC)
- Silicium-germanium (SiGe)

Groupe III-V

Un semi-conducteur III-V est un semi-conducteur composite fabriqué à partir d'un ou plusieurs éléments de la colonne III du tableau périodique des éléments (bore, aluminium, gallium, indium, etc.), et d'un ou plusieurs éléments de la colonne V ou pnictogènes (azote, phosphore, arsenic, antimoine, etc.). Les semi-conducteurs III-V présentent un grand intérêt en raison de leur propriétés :

ils sont robustes ;
ils possèdent une conductivité thermique élevée ;
leur point de fusion est élevé ;
ils ont une bande interdite directe.

Ces matériaux sont principalement utilisés en microélectronique pour des circuits intégrés, dans les cellules photovoltaïques et dans les dispositifs optoélectroniques tels que les diodes électroluminescentes (DEL ou LED en anglais).

Alliages binaires :
- Nitrure de bore (BN)
- Phosphure de bore (BP)
- Arséniure de bore (BAs)
- Nitrure d'aluminium (AlN)
- Phosphure d'aluminium (AlP)
- Arséniure d'aluminium (AlAs)
- Antimoniure d'aluminium (AlSb)
- Nitrure de gallium (GaN)
- Phosphure de gallium (GaP)
- Arséniure de gallium (GaAs)
- Antimoniure de gallium (GaSb)
- Nitrure d'indium (InN)
- Phosphure d'indium (InP)
- Arséniure d'indium (InAs)
- Antimoniure d'indium (InSb)

Alliages ternaires :
- Arséniure d'aluminium-gallium (AlGaAs, Al_xGa_1-xAs)
- Arséniure de gallium-indium (InGaAs, In_xGa_1-xAs)
- Phosphure de gallium-indium (InGaP)
- Arséniure d'aluminium-indium (AlInAs)
- Antimoniure d'aluminium-indium (AlInSb)
- Arséniure-nitrure de gallium (GaAsN)
- Phospho-arséniure de gallium (GaAsP)
- Nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN)
- Phosphure d'aluminium-gallium (AlGaP)
- Nitrure de gallium-indium (InGaN)
- Arséniure-antimoniure d'indium (InAsSb)
- Antimoniure de gallium-indium (InGaSb)

Alliages quaternaires :
- Phosphure d'aluminium-gallium-indium (AlGaInP, ou InAlGaP, InGaAlP, AlInGaP)
- Arséniure-phosphure d'aluminium-gallium (AlGaAsP)
- Arséniure-phosphure de gallium-indium (InGaAsP)
- Arséniure-phosphure d'aluminium-indium (AlInAsP)
- Arséniure-nitrure d'aluminium-gallium (AlGaAsN)
- Arséniure-nitrure de gallium-indium (InGaAsN)
- Arséniure-nitrure d'aluminium-indium (InAlAsN)
- Arséniure-antimoniure-nitrure de gallium (GaAsSbN)

Alliages quinaires :
- Arséniure-antimoniure-nitrure de gallium-indium (GaInNAsSb)
- Arséniure-antimoniure-phosphure de gallium-indium (GaInAsSbP)

Groupe II-VI

Les semi-conducteurs suivants sont des alliages d'éléments appartenant au groupe 12 et au groupe des chalcogènes :

Alliages binaires :
- Sulfure de cadmium (CdS)
- Séléniure de cadmium (CdSe)
- Tellurure de cadmium (CdTe)
- Sulfure de mercure (HgS)
- Tellurure de mercure (HgTe)
- Oxyde de zinc (ZnO)
- Sulfure de zinc (ZnS)
- Séléniure de zinc (ZnSe)
- Tellurure de zinc (ZnTe)

Alliages ternaires :
- Tellurure de zinc-cadmium (CdZnTe, CZT)
- Tellurure de mercure-cadmium (HgCdTe, MCT)
- Tellurure de mercure-zinc (HgZnTe, MZT)
- Séléniure de zinc-mercure (HgZnSe)

Groupe I-VII

Les semi-conducteurs suivants sont des alliages d'éléments appartenant au groupe 11 et au groupe des halogènes :

Chlorure de cuivre(I) (CuCl)

Groupe IV-VI

Les semi-conducteurs suivants sont des alliages d'éléments appartenant au groupe 14 et au groupe des chalcogènes :

Alliages binaires :
- Séléniure de plomb (PbSe)
- Séléniure de gallium (GaSe)
- Sulfure de plomb(II) (PbS)
- Tellurure de plomb (PbTe)
- Sulfure d'étain(II) (SnS)
- Tellurure d'étain (SnTe)

Alliages ternaires :
- Tellurure de plomb-étain (PbSnTe)
- Tellurure d'étain-thallium (Tl₂SnTe₅)
- Tellurure de germanium-thallium (Tl₂GeTe₅)

Groupe V-VI

Les semi-conducteurs suivants sont des alliages d'éléments appartenant aux pnictogènes et aux chalcogènes :

Tellurure de bismuth (Bi₂Te₃)

Groupe II-V

Les semi-conducteurs suivants sont des alliages d'éléments appartenant au groupe 12 et aux pnictogènes :

Phosphure de cadmium (Cd₃P₂)
Arséniure de cadmium (Cd₃As₂)
Antimoniure de cadmium (Cd₃Sb₂)
Phosphure de zinc (Zn₃P₂)
Arséniure de zinc (Zn₃As₂)
Antimoniure de zinc (Zn₃Sb₂)

Semi-conducteurs en couches

Iodure de plomb(II) (PbI₂)
Disulfure de molybdène (MoS₂)
Séléniure de gallium (GaSe)
Sulfure d'étain(II) (SnS)
Sulfure de bismuth (Bi₂S₃)

Divers

Séléniure de cuivre-indium (CIS)
Séléniure de cuivre-gallium (CIG)
Siliciure de platine (PtSi)
Iodure de bismuth(III) (BiI₃)
Iodure de mercure(II) (HgI₂)
Bromure de thallium(I) (TlBr)

Oxydes divers :
- Dioxyde de titane (TiO₂)
- Oxyde de cuivre(I) (Cu₂O)
- Oxyde de cuivre(II) (CuO)
- Dioxyde d'uranium (UO₂)
- Trioxyde d'uranium (UO₃)

Semi-conducteurs organiques
Semi-conducteurs magnétiques

Notes et références

Voir aussi

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