ყველაზე ცნობილი ნახევარგამტარია სილიციუმი (Si). მაგრამ მის გარდა კიდევ ბევრია. მაგალითია ისეთი ბუნებრივი ნახევარგამტარული მასალები, როგორიცაა თუთიის ბლენდი (ZnS), კუპრიტი (Cu2O), გალენა (PbS) და მრავალი სხვა. ნახევარგამტარების ოჯახი, მათ შორის ლაბორატორიულად სინთეზირებული ნახევარგამტარები, არის ადამიანისათვის ცნობილი მასალების ერთ-ერთი ყველაზე მრავალმხრივი კლასი.
ნახევარგამტარების დახასიათება
პერიოდული ცხრილის 104 ელემენტიდან 79 ლითონია, 25 არალითონი, აქედან 13 ქიმიურ ელემენტს აქვს ნახევარგამტარული თვისებები და 12 დიელექტრიკულია. ნახევარგამტარებს შორის მთავარი განსხვავება ისაა, რომ მათი ელექტრული გამტარობა მნიშვნელოვნად იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. დაბალ ტემპერატურაზე ისინი იქცევიან როგორც დიელექტრიკები, ხოლო მაღალ ტემპერატურაზე ისინი იქცევიან როგორც გამტარები. ასე განსხვავდებიან ნახევარგამტარები მეტალებისგან: ლითონის წინააღმდეგობა იზრდება ტემპერატურის ზრდის პროპორციულად.
კიდევ ერთი განსხვავება ნახევარგამტარსა და მეტალს შორის არის ის, რომ ნახევარგამტარის წინააღმდეგობაეცემა სინათლის გავლენის ქვეშ, ხოლო ეს უკანასკნელი არ მოქმედებს მეტალზე. ნახევარგამტარების გამტარობა ასევე იცვლება მცირე რაოდენობით მინარევების შეყვანისას.
ნახევარგამტარები გვხვდება სხვადასხვა კრისტალური სტრუქტურის მქონე ქიმიურ ნაერთებს შორის. ეს შეიძლება იყოს ელემენტები, როგორიცაა სილიციუმი და სელენი, ან ორობითი ნაერთები, როგორიცაა გალიუმის არსენიდი. ბევრი ორგანული ნაერთი, როგორიცაა პოლიაცეტილენი (CH)n, არის ნახევარგამტარული მასალა. ზოგიერთ ნახევარგამტარს აქვს მაგნიტური (Cd1-xMnxTe) ან ფეროელექტრული თვისებები (SbSI). სხვები, რომლებსაც აქვთ საკმარისი დოპინგი, ხდებიან სუპერგამტარები (GeTe და SrTiO3). ახლახან აღმოჩენილ მაღალტემპერატურულ ზეგამტარებიდან ბევრს აქვს არამეტალური ნახევარგამტარი ფაზები. მაგალითად, La2CuO4 არის ნახევარგამტარი, მაგრამ Sr-თან შენადნობისას იგი ხდება ზეგამტარი (La1-x Srx)2CuO4.
ფიზიკის სახელმძღვანელოები განსაზღვრავს ნახევარგამტარს, როგორც მასალას ელექტრული წინააღმდეგობის მქონე 10-4-დან 107 Ohm·m-მდე. ასევე შესაძლებელია ალტერნატიული განმარტება. ნახევარგამტარის დიაპაზონი არის 0-დან 3 ევ-მდე. ლითონები და ნახევრადმეტალები არის მასალები ნულოვანი ენერგიის უფსკრულით, ხოლო ნივთიერებებს, რომლებშიც ის აღემატება 3 ევ-ს, იზოლატორები ეწოდება. არის გამონაკლისებიც. მაგალითად, ნახევარგამტარ ალმასს აქვს ზოლის უფსკრული 6 eV, ნახევრად საიზოლაციო GaAs - 1.5 eV. GaN, მასალა ოპტოელექტრონული მოწყობილობებისთვის ცისფერ რეგიონში, აქვს ზოლის უფსკრული 3,5 ევ.
ენერგეტიკული უფსკრული
კრისტალური მედის ატომების ვალენტური ორბიტალები იყოფა ენერგეტიკული დონის ორ ჯგუფად - თავისუფალ ზონად, რომელიც მდებარეობს უმაღლეს დონეზე და განსაზღვრავს ნახევარგამტარების ელექტროგამტარობას, და ქვემოთ მდებარე ვალენტურობის ზოლს. ეს დონეები, კრისტალური მედის სიმეტრიიდან და ატომების შემადგენლობიდან გამომდინარე, შეიძლება იკვეთოს ან მდებარეობდეს ერთმანეთისგან დაშორებით. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში ზონებს შორის ჩნდება ენერგეტიკული უფსკრული ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ აკრძალული ზონა.
დონეების მდებარეობა და შევსება განსაზღვრავს ნივთიერების გამტარ თვისებებს. ამის საფუძველზე ნივთიერებები იყოფა გამტარებად, იზოლატორებად და ნახევარგამტარებად. ნახევარგამტარული ზოლის სიგანე მერყეობს 0,01–3 ევ-ის ფარგლებში, დიელექტრიკის ენერგეტიკული უფსკრული აღემატება 3 ევ-ს. ლითონებს არ აქვთ ენერგეტიკული უფსკრული დონის გადახურვის გამო.
ნახევაგამტარებს და დიელექტრიკებს, ლითონებისგან განსხვავებით, აქვთ ელექტრონებით სავსე ვალენტური ზოლი, ხოლო უახლოესი თავისუფალი ზოლი, ანუ გამტარობის ზოლი, შემოღობილია ვალენტობის ზოლიდან ენერგეტიკული უფსკრულით - აკრძალული ელექტრონების ენერგიების რეგიონი..
დიელექტრიკებში თერმული ენერგია ან უმნიშვნელო ელექტრული ველი საკმარისი არ არის ამ უფსკრულის გავლით გადახტომისთვის, ელექტრონები არ შედიან გამტარ ზოლში. მათ არ შეუძლიათ ბროლის ბადის გასწვრივ გადაადგილება და ელექტრული დენის მატარებლები.
ელექტრული გამტარობის გასააქტიურებლად, ელექტრონს ვალენტურ დონეზე უნდა მიეცეს ენერგია, რომელიც საკმარისი იქნება ენერგიის დასაძლევადუფსკრული. მხოლოდ მაშინ, როცა ენერგია შთანთქავს არანაკლებ ენერგიის უფსკრულის მნიშვნელობას, ელექტრონი გადავა ვალენტური დონიდან გამტარობის დონეზე.
იმ შემთხვევაში, თუ ენერგეტიკული უფსკრულის სიგანე აღემატება 4 ევ-ს, ნახევარგამტარული გამტარობის აგზნება დასხივებით ან გათბობით პრაქტიკულად შეუძლებელია - ელექტრონების აგზნების ენერგია დნობის ტემპერატურაზე არასაკმარისია ენერგეტიკული უფსკრულის ზონაში გადახტომისთვის. როდესაც გაცხელდება, კრისტალი დნება სანამ არ მოხდება ელექტრონული გამტარობა. ამ ნივთიერებებში შედის კვარცი (dE=5.2 eV), ბრილიანტი (dE=5.1 eV), მრავალი მარილი.
მიუწმინდურობა და ნახევარგამტარების შინაგანი გამტარობა
სუფთა ნახევარგამტარ კრისტალებს აქვთ საკუთარი გამტარობა. ასეთ ნახევარგამტარებს შინაგანი ეწოდება. შინაგანი ნახევარგამტარი შეიცავს ხვრელების და თავისუფალი ელექტრონების თანაბარ რაოდენობას. როდესაც თბება, ნახევარგამტარების შინაგანი გამტარობა იზრდება. მუდმივ ტემპერატურაზე დინამიური წონასწორობის მდგომარეობა წარმოიქმნება წარმოქმნილი ელექტრონ-ხვრელების წყვილების რაოდენობასა და ელექტრონებისა და ხვრელების რეკომბინაციის რაოდენობაში, რომლებიც მუდმივი რჩება მოცემულ პირობებში.
მინარევების არსებობა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ნახევარგამტარების ელექტროგამტარობაზე. მათი დამატება შესაძლებელს ხდის მნიშვნელოვნად გაიზარდოს თავისუფალი ელექტრონების რაოდენობა მცირე რაოდენობის ხვრელების მქონე და გაზარდოს ხვრელების რაოდენობა ელექტრონების მცირე რაოდენობით გამტარობის დონეზე. მინარევის ნახევარგამტარები არის გამტარები მინარევის გამტარობით.
მინარევებს, რომლებიც ადვილად აძლევენ ელექტრონებს, ეწოდება დონორის მინარევები. დონორის მინარევები შეიძლება იყოს ქიმიური ელემენტები ატომებით, რომელთა ვალენტურობის დონეები შეიცავს უფრო მეტ ელექტრონს, ვიდრე ძირითადი ნივთიერების ატომები. მაგალითად, ფოსფორი და ბისმუტი არის სილიციუმის დონორის მინარევები.
ელექტრონის გადახტომისთვის საჭირო ენერგიას გამტარობის ზონაში ეწოდება აქტივაციის ენერგია. მინარევის ნახევარგამტარებს ეს გაცილებით ნაკლები სჭირდებათ, ვიდრე ძირითადი მასალა. უმნიშვნელო გათბობით ან განათებით, ძირითადად, მინარევების ნახევარგამტარების ატომების ელექტრონები გამოიყოფა. ატომიდან გამოსული ელექტრონის ადგილს იკავებს ხვრელი. მაგრამ ელექტრონების რეკომბინაცია ხვრელებში პრაქტიკულად არ ხდება. დონორის ხვრელის გამტარობა უმნიშვნელოა. ეს იმიტომ ხდება, რომ მინარევების ატომების მცირე რაოდენობა არ აძლევს საშუალებას თავისუფალ ელექტრონებს ხშირად მიუახლოვდნენ ხვრელს და დაიკავონ იგი. ელექტრონები ხვრელების მახლობლად არიან, მაგრამ ვერ ავსებენ მათ ენერგიის არასაკმარისი დონის გამო.
დონორის მინარევის უმნიშვნელო დამატება სიდიდის რამდენიმე რიგით ზრდის გამტარ ელექტრონების რაოდენობას თავისუფალ ელექტრონების რაოდენობასთან შედარებით შიდა ნახევარგამტარში. ელექტრონები აქ არის მინარევების ნახევარგამტარების ატომების მთავარი მუხტის მატარებლები. ეს ნივთიერებები კლასიფიცირებულია, როგორც n ტიპის ნახევარგამტარები.
მინარევები, რომლებიც აკავშირებს ნახევარგამტარის ელექტრონებს და ზრდის მასში ხვრელების რაოდენობას, ეწოდება მიმღები. მიმღები მინარევები არის ქიმიური ელემენტები, რომლებსაც აქვთ ნაკლები ელექტრონები ვალენტობის დონეზე, ვიდრე ბაზის ნახევარგამტარი. ბორი, გალიუმი, ინდიუმი - მიმღებიმინარევები სილიკონისთვის.
ნახევარგამტარის მახასიათებლები დამოკიდებულია მის კრისტალურ სტრუქტურაში არსებულ დეფექტებზე. ეს არის უკიდურესად სუფთა კრისტალების ზრდის აუცილებლობის მიზეზი. ნახევარგამტარული გამტარობის პარამეტრები კონტროლდება დოპანტების დამატებით. სილიციუმის კრისტალები დოპინგია ფოსფორით (V ქვეჯგუფის ელემენტი), რომელიც არის დონორი, რათა შეიქმნას n ტიპის სილიციუმის კრისტალები. ხვრელების გამტარობის მქონე კრისტალის მისაღებად, ბორის მიმღები შეჰყავთ სილიკონში. ანალოგიურად იქმნება ნახევარგამტარები კომპენსირებული ფერმის დონით, რათა გადაიტანოს იგი ზოლის შუაში.
ერთუჯრედიანი ნახევარგამტარები
ყველაზე გავრცელებული ნახევარგამტარია, რა თქმა უნდა, სილიციუმი. გერმანიუმთან ერთად, იგი გახდა მსგავსი კრისტალური სტრუქტურის მქონე ნახევარგამტარების ფართო კლასის პროტოტიპი.
Si და Ge კრისტალების სტრუქტურა იგივეა, რაც ალმასის და α-კალის. მასში თითოეული ატომი გარშემორტყმულია 4 უახლოესი ატომით, რომლებიც ქმნიან ტეტრაედრონს. ამ კოორდინაციას ოთხმაგი ეწოდება. ტეტრა ბმული კრისტალები გახდა ელექტრონიკის ინდუსტრიის საფუძველი და მთავარ როლს თამაშობს თანამედროვე ტექნოლოგიებში. პერიოდული ცხრილის V და VI ჯგუფების ზოგიერთი ელემენტი ასევე ნახევარგამტარია. ამ ტიპის ნახევარგამტარების მაგალითებია ფოსფორი (P), გოგირდი (S), სელენი (Se) და თელურიუმი (Te). ამ ნახევარგამტარებში ატომებს შეიძლება ჰქონდეთ სამმაგი (P), ორმაგი (S, Se, Te) ან ოთხჯერადი კოორდინაცია. შედეგად, მსგავსი ელემენტები შეიძლება არსებობდეს რამდენიმე განსხვავებულშიკრისტალური სტრუქტურები და ასევე მიიღება მინის სახით. მაგალითად, Se გაიზარდა მონოკლინიკურ და ტრიგონალურ კრისტალურ სტრუქტურებში ან მინის სახით (რომელიც ასევე შეიძლება ჩაითვალოს პოლიმერად).
- ალმასს აქვს შესანიშნავი თბოგამტარობა, შესანიშნავი მექანიკური და ოპტიკური მახასიათებლები, მაღალი მექანიკური სიმტკიცე. ენერგიის უფსკრული სიგანე - dE=5,47 eV.
- სილიციუმი არის ნახევარგამტარი, რომელიც გამოიყენება მზის უჯრედებში და ამორფული სახით თხელი ფენიანი მზის უჯრედებში. ეს არის ყველაზე ხშირად გამოყენებული ნახევარგამტარი მზის უჯრედებში, ადვილად დასამზადებელია და აქვს კარგი ელექტრული და მექანიკური თვისებები. dE=1.12 eV.
- გერმანიუმი არის ნახევარგამტარი, რომელიც გამოიყენება გამა-სპექტროსკოპიაში, მაღალი ხარისხის ფოტოელექტრული უჯრედებისთვის. გამოიყენება პირველ დიოდებსა და ტრანზისტორებში. მოითხოვს ნაკლებ გაწმენდას, ვიდრე სილიკონი. dE=0,67 eV.
- სელენი არის ნახევარგამტარი, რომელიც გამოიყენება სელენის გამსწორებლებში, რომლებსაც აქვთ მაღალი რადიაციული წინააღმდეგობა და თვითშეხორცების უნარი.
ორელემენტიანი ნაერთები
პერიოდული სისტემის მე-3 და მე-4 ჯგუფის ელემენტებით წარმოქმნილი ნახევარგამტარების თვისებები წააგავს მე-4 ჯგუფის ნივთიერებების თვისებებს. მე-4 ჯგუფის ელემენტებიდან ნაერთებზე გადასვლა 3–4 გრ. ბმებს ნაწილობრივ იონურს ხდის ელექტრონის მუხტის მე-3 ჯგუფის ატომიდან მე-4 ჯგუფის ატომში გადატანის გამო. იონიურობა ცვლის ნახევარგამტარების თვისებებს. ეს არის კულონის შუალედური ურთიერთქმედების და ენერგეტიკული დიაპაზონის ენერგიის ზრდის მიზეზიელექტრონული სტრუქტურები. ამ ტიპის ბინარული ნაერთების მაგალითია ინდიუმის ანტიმონიდი InSb, გალიუმის არსენიდი GaAs, გალიუმის ანტიმონიდი GaSb, ინდიუმის ფოსფიდი InP, ალუმინის ანტიმონიდი AlSb, გალიუმის ფოსფიდი GaP.
იონურობა იზრდება და მისი ღირებულება კიდევ უფრო იზრდება 2-6 ჯგუფის ნივთიერებების ნაერთებში, როგორიცაა კადმიუმის სელენიდი, თუთიის სულფიდი, კადმიუმის სულფიდი, კადმიუმის ტელურიდი, თუთიის სელენიდი. შედეგად, 2-6 ჯგუფების ნაერთების უმეტესობას აქვს ზოლის უფსკრული 1 ევ-ზე უფრო ფართო, გარდა ვერცხლისწყლის ნაერთებისა. ვერცხლისწყლის ტელურიდი არის ნახევარგამტარი ენერგეტიკული უფსკრულის გარეშე, ნახევრადმეტალი, როგორიცაა α-კალა.
2-6 ჯგუფის ნახევარგამტარები დიდი ენერგიის უფსკრულით გამოიყენება ლაზერებისა და დისპლეების წარმოებაში. 2-6 ჯგუფის ორობითი კავშირები შევიწროებული ენერგიის უფსკრულით შესაფერისია ინფრაწითელი მიმღებებისთვის. 1-7 ჯგუფების ელემენტების ბინარულ ნაერთებს (სპილენძის ბრომიდი CuBr, ვერცხლის იოდიდი AgI, სპილენძის ქლორიდი CuCl) მათი მაღალი იონურობის გამო აქვთ ზოლის უფსკრული 3 ევ-ზე ფართო. ისინი რეალურად არ არიან ნახევარგამტარები, არამედ იზოლატორები. კულონის ინტერიონური ურთიერთქმედების გამო კრისტალის დამაგრების ენერგიის ზრდა ხელს უწყობს ქვის მარილის ატომების სტრუქტურირებას ექვსჯერ და არა კვადრატული კოორდინაციით. 4-6 ჯგუფების ნაერთები - ტყვიის სულფიდი და ტელურიდი, კალის სულფიდი - ასევე ნახევარგამტარებია. ამ ნივთიერებების იონურობის ხარისხი ასევე ხელს უწყობს ექვსჯერადი კოორდინაციის ფორმირებას. მნიშვნელოვანი იონიურობა ხელს არ უშლის მათ ჰქონდეთ ძალიან ვიწრო ზოლის უფსკრული, რაც მათ საშუალებას აძლევს გამოიყენონ ინფრაწითელი გამოსხივების მისაღებად. გალიუმის ნიტრიდი - 3-5 ჯგუფისგან შემდგარი ნაერთი ფართო ენერგეტიკული უფსკრულით, რომელიც გამოიყენება ნახევარგამტარებში.ლაზერები და LED-ები, რომლებიც მოქმედებენ სპექტრის ლურჯ ნაწილში.
- GaAs, გალიუმის არსენიდი, არის მეორე ყველაზე გამოყენებული ნახევარგამტარი სილიკონის შემდეგ, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც სუბსტრატი სხვა გამტარებისთვის, როგორიცაა GaInNAs და InGaAs, IR დიოდებში, მაღალი სიხშირის მიკროსქემებში და ტრანზისტორებში, მაღალი ეფექტურობის მზის უჯრედებში., ლაზერული დიოდები, დეტექტორები ბირთვული სამკურნალო. dE=1.43 eV, რაც შესაძლებელს ხდის მოწყობილობების სიმძლავრის გაზრდას სილიკონთან შედარებით. მყიფე, შეიცავს მეტ მინარევებს, ძნელად დასამზადებლად.
- ZnS, თუთიის სულფიდი - ჰიდროსულფიდის მჟავას თუთიის მარილი ზოლის 3,54 და 3,91 ევ, გამოიყენება ლაზერებში და ფოსფორად.
- SnS, კალის სულფიდი - ნახევარგამტარი, რომელიც გამოიყენება ფოტორეზისტორებსა და ფოტოდიოდებში, dE=1, 3 და 10 eV.
ოქსიდები
მეტალის ოქსიდები ძირითადად შესანიშნავი იზოლატორებია, მაგრამ არის გამონაკლისებიც. ამ ტიპის ნახევარგამტარების მაგალითებია ნიკელის ოქსიდი, სპილენძის ოქსიდი, კობალტის ოქსიდი, სპილენძის დიოქსიდი, რკინის ოქსიდი, ევროპიუმის ოქსიდი, თუთიის ოქსიდი. მას შემდეგ, რაც სპილენძის დიოქსიდი არსებობს მინერალური კუპრიტის სახით, მისი თვისებები ფართოდ არის გამოკვლეული. ამ ტიპის ნახევარგამტარების ზრდის პროცედურა ჯერ კიდევ ბოლომდე არ არის გასაგები, ამიტომ მათი გამოყენება ჯერ კიდევ შეზღუდულია. გამონაკლისი არის თუთიის ოქსიდი (ZnO), 2-6 ჯგუფის ნაერთი, რომელიც გამოიყენება როგორც გადამყვანი და წებოვანი ლენტებისა და პლასტმასის წარმოებაში.
სიტუაცია მკვეთრად შეიცვალა მას შემდეგ, რაც სუპერგამტარობა აღმოაჩინეს სპილენძის ბევრ ნაერთში ჟანგბადთან. Პირველიმიულერისა და ბედნორცის მიერ აღმოჩენილი მაღალტემპერატურული ზეგამტარი იყო ნაერთი, რომელიც დაფუძნებულია ნახევარგამტარზე La2CuO4 ენერგეტიკული უფსკრულით 2 eV. სამვალენტიანი ლანთანუმის ორვალენტიანი ბარიუმით ან სტრონციუმით ჩანაცვლებით, ხვრელების მუხტის მატარებლები შეჰყავთ ნახევარგამტარში. ხვრელების საჭირო კონცენტრაციის მიღწევა La2CuO4 აქცევს ზეგამტარად. ამჟამად, სუპერგამტარ მდგომარეობაში გადასვლის უმაღლესი ტემპერატურა ეკუთვნის ნაერთს HgBaCa2Cu3O8. მაღალი წნევის დროს მისი ღირებულებაა 134 K.
ZnO, თუთიის ოქსიდი, გამოიყენება ვარისტორებში, ცისფერ LED-ებში, გაზის სენსორებში, ბიოლოგიურ სენსორებში, ფანჯრის საფარებში ინფრაწითელი სინათლის ასახვისთვის, როგორც გამტარი LCD-ებსა და მზის პანელებში. dE=3,37 eV.
ფენის კრისტალები
ორმაგი ნაერთები, როგორიცაა ტყვიის დიიოდიდი, გალიუმის სელენიდი და მოლიბდენის დისულფიდი, ხასიათდება ფენოვანი კრისტალური სტრუქტურით. მნიშვნელოვანი სიმტკიცის კოვალენტური ბმები მოქმედებს ფენებში, ბევრად უფრო ძლიერი ვიდრე ვან დერ ვაალსის ბმები თავად ფენებს შორის. ამ ტიპის ნახევარგამტარები საინტერესოა იმით, რომ ელექტრონები ფენებში კვაზიორგანზომილებიანად იქცევიან. ფენების ურთიერთქმედება იცვლება უცხო ატომების შემოღებით - ინტერკალაცია.
MoS2, მოლიბდენის დისულფიდი გამოიყენება მაღალი სიხშირის დეტექტორებში, რექტიფიკატორებში, მემრისტორებში, ტრანზისტორებში. dE=1.23 და 1.8 eV.
ორგანული ნახევარგამტარები
ორგანულ ნაერთებზე დაფუძნებული ნახევარგამტარების მაგალითები - ნაფთალინი, პოლიაცეტილენი(CH2) , ანტრაცენი, პოლიდიაცეტილენი, ფტალოციანიდები, პოლივინილკარბაზოლი. ორგანულ ნახევარგამტარებს აქვთ უპირატესობა არაორგანულთან შედარებით: ადვილია მათთვის სასურველი თვისებების გადაცემა. –С=С=С=ტიპის კონიუგირებული ბმის მქონე ნივთიერებებს აქვთ მნიშვნელოვანი ოპტიკური არაწრფივობა და ამის გამო გამოიყენება ოპტოელექტრონიკაში. გარდა ამისა, ორგანული ნახევარგამტარების ენერგეტიკული შეწყვეტის ზონები იცვლება ნაერთის ფორმულის შეცვლით, რაც ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე ჩვეულებრივი ნახევარგამტარების. ნახშირბადის ფულერენის, გრაფინის, ნანომილების კრისტალური ალოტროპები ასევე ნახევარგამტარებია.
- ფულერენს აქვს სტრუქტურა ნახშირბადის ატომების ლუწი რაოდენობის ამოზნექილი დახურული პოლიედრონის სახით. და დოპინგი ფულერენი C60 ტუტე მეტალთან ერთად აქცევს მას სუპერგამტარად.
- გრაფენი წარმოიქმნება ნახშირბადის ერთატომური ფენით, რომელიც დაკავშირებულია ორგანზომილებიან ექვსკუთხა გისოსად. მას აქვს რეკორდული თბოგამტარობა და ელექტრონების მობილურობა, მაღალი სიმტკიცე
- ნანომილები არის გრაფიტის ფირფიტები, რომლებიც შემოვიდა მილში, რომელთა დიამეტრი რამდენიმე ნანომეტრია. ნახშირბადის ამ ფორმებს დიდი იმედი აქვს ნანოელექტრონიკაში. შეიძლება გამოავლინოს მეტალის ან ნახევრადგამტარი თვისებები დაკავშირების მიხედვით.
მაგნიტური ნახევარგამტარები
ევროპიუმის და მანგანუმის მაგნიტური იონების მქონე ნაერთებს აქვთ საინტერესო მაგნიტური და ნახევარგამტარული თვისებები. ამ ტიპის ნახევარგამტარების მაგალითებია ევროპიუმის სულფიდი, ევროპიუმის სელენიდი და მყარი ხსნარები, როგორიცააCd1-xMnxTe. მაგნიტური იონების შემცველობა გავლენას ახდენს ნივთიერებებში მაგნიტური თვისებების გამოვლინებაზე, როგორიცაა ანტიფერომაგნეტიზმი და ფერომაგნეტიზმი. ნახევრადმაგნიტური ნახევარგამტარები არის ნახევარგამტარების მყარი მაგნიტური ხსნარები, რომლებიც შეიცავს მაგნიტურ იონებს მცირე კონცენტრაციით. ასეთი მყარი გადაწყვეტილებები ყურადღებას იპყრობს მათი დაპირებისა და შესაძლო აპლიკაციების დიდი პოტენციალის გამო. მაგალითად, არამაგნიტური ნახევარგამტარებისგან განსხვავებით, მათ შეუძლიათ მილიონჯერ მეტი ფარადეის ბრუნვის მიღწევა.
მაგნიტური ნახევარგამტარების ძლიერი მაგნიტო-ოპტიკური ეფექტები შესაძლებელს ხდის მათ გამოყენებას ოპტიკური მოდულაციისთვის. პეროვსკიტები, როგორიცაა Mn0, 7Ca0, 3O3, აღემატება მეტალს - ნახევარგამტარს, რომლის პირდაპირი დამოკიდებულება მაგნიტურ ველზე იწვევს გიგანტური მაგნიტორეზისტენტობის ფენომენს. ისინი გამოიყენება რადიოინჟინერიაში, ოპტიკურ მოწყობილობებში, რომლებიც კონტროლდება მაგნიტური ველით, მიკროტალღური მოწყობილობების ტალღების გამტარებლებში.
ნახევარგამტარული ფეროელექტროსადგურები
ამ ტიპის კრისტალები გამოირჩევა მათში ელექტრული მომენტების არსებობით და სპონტანური პოლარიზაციის გამოვლენით. მაგალითად, ნახევარგამტარები, როგორიცაა ტყვიის ტიტანატი PbTiO3, ბარიუმის ტიტანატი BaTiO3, გერმანიუმის ტელურიდი GeTe, კალის ტელურიდი SnTe, რომლებსაც აქვთ თვისებები დაბალ ტემპერატურაზე. ფეროელექტრული. ეს მასალები გამოიყენება არაწრფივი ოპტიკური, მეხსიერების და პიეზო სენსორებში.
ნახევარგამტარული მასალების მრავალფეროვნება
ზემოაღნიშნულის გარდანახევარგამტარული ნივთიერებები, არის მრავალი სხვა, რომლებიც არ მიეკუთვნება არცერთ ჩამოთვლილ ტიპს. ელემენტების კავშირები ფორმულის მიხედვით 1-3-52 (AgGaS2) და 2-4-52 (ZnSiP2) ქმნის კრისტალებს ქალკოპირიტის სტრუქტურაში. ნაერთების ობლიგაციები ოთხკუთხაა, 3-5 და 2-6 ჯგუფების ნახევარგამტარების მსგავსი თუთიის ბლენდის კრისტალური სტრუქტურით. ნაერთები, რომლებიც ქმნიან მე-5 და მე-6 ჯგუფების ნახევარგამტარების ელემენტებს (როგორიცაა 2Se3) არის ნახევარგამტარები ბროლის ან მინის სახით.. ბისმუტის და ანტიმონის ქალკოგენიდები გამოიყენება ნახევარგამტარულ თერმოელექტრო გენერატორებში. ამ ტიპის ნახევარგამტარების თვისებები ძალზე საინტერესოა, მაგრამ მათ პოპულარობა არ მოიპოვეს შეზღუდული გამოყენების გამო. თუმცა, მათი არსებობის ფაქტი ადასტურებს ნახევარგამტარული ფიზიკის სფეროების არსებობას, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის ბოლომდე შესწავლილი.
