L'industrie des semi-conducteurs se concentre principalement sur les circuits intégrés, l'électronique grand public, les systèmes de communication, la production d'énergie photovoltaïque, les applications d'éclairage, la conversion de puissance haute puissance et d'autres domaines. Du point de vue de la technologie ou du développement économique, l'importance des semi-conducteurs est énorme
Aujourd’hui, la plupart des produits électroniques, tels que les ordinateurs, les téléphones portables ou les enregistreurs numériques, entretiennent une relation très étroite avec les semi-conducteurs comme unités centrales. Les matériaux semi-conducteurs courants comprennent le silicium, le germanium, l'arséniure de gallium, etc. Parmi les divers matériaux semi-conducteurs, le silicium est le plus influent dans les applications commerciales.
Les semi-conducteurs font référence à des matériaux ayant une conductivité entre les conducteurs et les isolants à température ambiante. En raison de ses applications répandues dans les radios, les téléviseurs et la mesure de la température, l’industrie des semi-conducteurs dispose d’un potentiel de développement énorme et en constante évolution. La conductivité contrôlable des semi-conducteurs joue un rôle crucial dans les domaines technologique et économique.
Les entreprises de conception de circuits intégrés et de fabrication de plaquettes de silicium sont en amont de l'industrie des semi-conducteurs. Les sociétés de conception de circuits intégrés conçoivent des schémas de circuits en fonction des besoins des clients, tandis que les entreprises de fabrication de plaquettes de silicium fabriquent des plaquettes de silicium en utilisant du silicium polycristallin comme matière première. La tâche principale des entreprises de fabrication de circuits intégrés intermédiaires est de transplanter les schémas de circuits conçus par les entreprises de conception de circuits intégrés sur les tranches fabriquées par les entreprises de fabrication de tranches de silicium. Les tranches terminées sont ensuite envoyées aux usines de conditionnement et de test de circuits intégrés en aval pour être emballées et testées.
Les substances dans la nature peuvent être divisées en trois catégories en fonction de leur conductivité : les conducteurs, les isolants et les semi-conducteurs. Les matériaux semi-conducteurs font référence à un type de matériau fonctionnel présentant une conductivité entre les matériaux conducteurs et isolants à température ambiante. La conduction est obtenue grâce à l'utilisation de deux types de porteurs de charge, les électrons et les trous. La résistivité électrique à température ambiante est généralement comprise entre 10-5 et 107 ohms·mètres. Habituellement, la résistivité augmente avec l’augmentation de la température ; Si des impuretés actives sont ajoutées ou irradiées par de la lumière ou un rayonnement, la résistivité électrique peut varier de plusieurs ordres de grandeur. Le détecteur au carbure de silicium a été fabriqué en 1906. Après l'invention des transistors en 1947, les matériaux semi-conducteurs, en tant que domaine indépendant des matériaux, ont fait de grands progrès et sont devenus des matériaux indispensables dans l'industrie électronique et les domaines de haute technologie. La conductivité des matériaux semi-conducteurs est très sensible à certaines impuretés traces en raison de leurs caractéristiques et paramètres. Les matériaux semi-conducteurs de haute pureté sont appelés semi-conducteurs intrinsèques, qui ont une résistivité électrique élevée à température ambiante et sont de mauvais conducteurs d'électricité. Après avoir ajouté des impuretés appropriées aux matériaux semi-conducteurs de haute pureté, la résistivité électrique du matériau est considérablement réduite en raison de la fourniture de supports conducteurs par les atomes d'impuretés. Ce type de semi-conducteur dopé est souvent appelé semi-conducteur à impuretés. Les semi-conducteurs à impuretés qui dépendent des électrons de la bande de conduction pour la conductivité sont appelés semi-conducteurs de type N, et ceux qui dépendent de la conductivité des trous de la bande de valence sont appelés semi-conducteurs de type P. Lorsque différents types de semi-conducteurs entrent en contact (formant des jonctions PN) ou lorsque les semi-conducteurs entrent en contact avec des métaux, une diffusion se produit en raison de la différence de concentration d'électrons (ou de trous), formant une barrière au point de contact. Ce type de contact a donc une seule conductivité. En utilisant la conductivité unidirectionnelle des jonctions PN, des dispositifs semi-conducteurs dotés de différentes fonctions peuvent être réalisés, tels que des diodes, des transistors, des thyristors, etc. De plus, la conductivité des matériaux semi-conducteurs est très sensible aux changements des conditions externes telles que la chaleur, la lumière, électricité, magnétisme, etc. Sur cette base, divers composants sensibles peuvent être fabriqués pour la conversion des informations. Les paramètres caractéristiques des matériaux semi-conducteurs comprennent la largeur de bande interdite, la résistivité, la mobilité des porteurs, la durée de vie des porteurs hors équilibre et la densité de dislocation. La largeur de la bande interdite est déterminée par l'état électronique et la configuration atomique du semi-conducteur, reflétant l'énergie requise pour que les électrons de valence des atomes qui composent ce matériau soient excités de l'état lié à l'état libre. La résistivité électrique et la mobilité des porteurs reflètent la conductivité d'un matériau. La durée de vie des porteurs hors équilibre reflète les caractéristiques de relaxation des porteurs internes dans les matériaux semi-conducteurs passant d'un état de non-équilibre à un état d'équilibre sous des effets externes (tels que la lumière ou un champ électrique). La luxation est le type de défaut le plus courant dans les cristaux. La densité de dislocation est utilisée pour mesurer le degré d'intégrité du réseau des matériaux monocristallins semi-conducteurs, mais pour les matériaux semi-conducteurs amorphes, ce paramètre n'est pas présent. Les paramètres caractéristiques des matériaux semi-conducteurs peuvent non seulement refléter les différences entre les matériaux semi-conducteurs et les autres matériaux non semi-conducteurs, mais, plus important encore, ils peuvent refléter les différences quantitatives dans les caractéristiques de divers matériaux semi-conducteurs et même du même matériau dans différentes situations.
