Die Halbleiterindustrie konzentriert sich hauptsächlich auf integrierte Schaltkreise, Unterhaltungselektronik, Kommunikationssysteme, Photovoltaik-Stromerzeugung, Beleuchtungsanwendungen, Hochleistungsstromumwandlung und andere Bereiche. Aus technologischer oder wirtschaftlicher Sicht ist die Bedeutung von Halbleitern enorm
Die meisten elektronischen Produkte wie Computer, Mobiltelefone oder digitale Rekorder haben heutzutage eine sehr enge Beziehung zu Halbleitern als ihren Kerneinheiten. Zu den gängigen Halbleitermaterialien gehören Silizium, Germanium, Galliumarsenid usw. Unter den verschiedenen Halbleitermaterialien ist Silizium das einflussreichste für kommerzielle Anwendungen.
Unter Halbleiter versteht man Materialien mit Leitfähigkeit zwischen Leitern und Isolatoren bei Raumtemperatur. Aufgrund ihrer weit verbreiteten Anwendung in Radios, Fernsehgeräten und Temperaturmessungen verfügt die Halbleiterindustrie über ein enormes und sich ständig veränderndes Entwicklungspotenzial. Die steuerbare Leitfähigkeit von Halbleitern spielt sowohl im technischen als auch im wirtschaftlichen Bereich eine entscheidende Rolle.
Der Halbleiterindustrie vorgelagert sind IC-Designunternehmen und Unternehmen zur Herstellung von Siliziumwafern. IC-Designunternehmen entwerfen Schaltpläne entsprechend den Kundenanforderungen, während Unternehmen, die Siliziumwafer herstellen, Siliziumwafer unter Verwendung von polykristallinem Silizium als Rohmaterial herstellen. Die Hauptaufgabe mittelgroßer IC-Hersteller besteht darin, die von IC-Designunternehmen entworfenen Schaltpläne auf die von Siliziumwaferherstellern hergestellten Wafer zu übertragen. Die fertigen Wafer werden dann zur Verpackung und Prüfung an nachgelagerte IC-Verpackungs- und Testfabriken geschickt.
Die Stoffe in der Natur lassen sich aufgrund ihrer Leitfähigkeit in drei Kategorien einteilen: Leiter, Isolatoren und Halbleiter. Halbleitermaterialien beziehen sich auf eine Art Funktionsmaterial mit Leitfähigkeit zwischen leitenden und isolierenden Materialien bei Raumtemperatur. Die Leitung wird durch die Verwendung von zwei Arten von Ladungsträgern erreicht: Elektronen und Löcher. Der elektrische Widerstand liegt bei Raumtemperatur im Allgemeinen zwischen 10-5 und 107 Ohm·Metern. Normalerweise steigt der spezifische Widerstand mit steigender Temperatur; Werden aktive Verunreinigungen zugesetzt oder mit Licht oder Strahlung bestrahlt, kann der spezifische elektrische Widerstand um mehrere Größenordnungen schwanken. Der Siliziumkarbid-Detektor wurde 1906 hergestellt. Nach der Erfindung der Transistoren im Jahr 1947 haben Halbleitermaterialien als eigenständiges Materialgebiet große Fortschritte gemacht und sind zu unverzichtbaren Materialien in der Elektronikindustrie und im High-Tech-Bereich geworden. Die Leitfähigkeit von Halbleitermaterialien ist aufgrund ihrer Eigenschaften und Parameter sehr empfindlich gegenüber bestimmten Spurenverunreinigungen. Halbleitermaterialien mit hoher Reinheit werden als intrinsische Halbleiter bezeichnet, die bei Raumtemperatur einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen und schlechte Stromleiter sind. Nach Zugabe geeigneter Verunreinigungen zu hochreinen Halbleitermaterialien wird der elektrische Widerstand des Materials aufgrund der Bereitstellung leitfähiger Träger durch Verunreinigungsatome stark verringert. Diese Art von dotiertem Halbleiter wird oft als Störstellenhalbleiter bezeichnet. Verunreinigungshalbleiter, deren Leitfähigkeit auf Leitungsbandelektronen beruht, werden N-Typ-Halbleiter genannt, und solche, die auf Valenzbandlochleitfähigkeit beruhen, werden P-Typ-Halbleiter genannt. Wenn verschiedene Arten von Halbleitern in Kontakt kommen (Bildung von PN-Übergängen) oder wenn Halbleiter mit Metallen in Kontakt kommen, kommt es aufgrund der unterschiedlichen Elektronen- (oder Loch-)Konzentration zu einer Diffusion, die am Kontaktpunkt eine Barriere bildet. Daher weist dieser Kontakttyp eine einfache Leitfähigkeit auf. Durch die Nutzung der unidirektionalen Leitfähigkeit von PN-Übergängen können Halbleiterbauelemente mit unterschiedlichen Funktionen wie Dioden, Transistoren, Thyristoren usw. hergestellt werden. Darüber hinaus reagiert die Leitfähigkeit von Halbleitermaterialien sehr empfindlich auf Änderungen der äußeren Bedingungen wie Hitze, Licht, Elektrizität, Magnetismus usw. Auf dieser Grundlage können verschiedene empfindliche Komponenten zur Informationsumwandlung hergestellt werden. Zu den charakteristischen Parametern von Halbleitermaterialien gehören die Bandlückenbreite, der spezifische Widerstand, die Ladungsträgermobilität, die Nichtgleichgewichtsladungsträgerlebensdauer und die Versetzungsdichte. Die Bandlückenbreite wird durch den elektronischen Zustand und die Atomkonfiguration des Halbleiters bestimmt und spiegelt die Energie wider, die erforderlich ist, damit Valenzelektronen in den Atomen, aus denen dieses Material besteht, vom gebundenen Zustand in den freien Zustand angeregt werden. Der elektrische Widerstand und die Ladungsträgermobilität spiegeln die Leitfähigkeit eines Materials wider. Die Nichtgleichgewichtsladungsträgerlebensdauer spiegelt die Relaxationseigenschaften interner Ladungsträger in Halbleitermaterialien wider, die unter externen Einflüssen (wie Licht oder elektrischem Feld) vom Nichtgleichgewichtszustand in den Gleichgewichtszustand übergehen. Versetzungen sind die häufigste Defektart in Kristallen. Die Versetzungsdichte wird verwendet, um den Grad der Gitterintegrität von Halbleiter-Einkristallmaterialien zu messen. Bei amorphen Halbleitermaterialien ist dieser Parameter jedoch nicht vorhanden. Die charakteristischen Parameter von Halbleitermaterialien können nicht nur die Unterschiede zwischen Halbleitermaterialien und anderen Nicht-Halbleitermaterialien widerspiegeln, sondern, was noch wichtiger ist, sie können die quantitativen Unterschiede in den Eigenschaften verschiedener Halbleitermaterialien und sogar desselben Materials in verschiedenen Situationen widerspiegeln.
