2.1.1 元素半導體

有關半導體材料的研究始于19世紀初[2]，至今許多半導體都已被研究過。多種元素在周期表中的位置如圖2.2所示。半導體材料性質與物質結構關系密切。處于ⅢA族的有硼，其熔點高（2300℃）、制備單晶困難，且其載流子遷移率很低。對它研究的不多，未獲實際應用。ⅣA族中第一個是碳，其同素異形體之一的金剛石具有優良的半導體性質，但制備單晶困難，是目前研究的重點；石墨是碳的另一個同素異形體，系層狀結構，難以獲得單晶，故作為半導體材料未獲得應用。新近引起普遍關注的C60晶體是繼金剛石和石墨之后的第三種全碳組分晶體，具有半導體性質，因而也可以說是一種元素半導體，只不過其晶體結構遠比一般元素半導體的晶體結構復雜[3]。

圖2.2 元素半導體在周期表中的位置

在20世紀50年代，鍺曾經是最主要的半導體材料。但自60年代以來，硅已取代鍺成為半導體制造的主要材料。現今使用硅的主要原因是硅器件在室溫下的較佳特性，以及高品質硅氧化層可由熱生長的方式產生的工藝優勢。另外，從經濟上考慮，硅材料遠比其他材料價格低廉。硅的含量占地表的27%，主要分布在二氧化硅及硅酸鹽中。到目前為止，硅是周期表中研究最多且技術最成熟的半導體元素。

硫的電阻率很高，它具有明顯的光電導性質。

硒的半導體性質發現得很早，可用來制作整流器、光電導器件等。

碲的半導體性質已有較多的研究，但因尚未找到n型摻雜劑等原因，未得到應用。