Напівпровідники

Визначення і загальна характеристика

НАПІВПРОВІДНИКИ́  — клас речовин, що за своєю електропровідністю займають проміжне місце між металами та ді­електриками (див. відповідно Матеріали електропровідні та Матеріали електроізоляційні). Ін. назва — напівпровідник. матеріали. Є основою сучас. електроніки й оптоелектроніки. Зазвичай до Н. зараховують речовини з питомим опором від 10-4 до 1010 Ом∙см. Для них характерна значна зміна електропровідності при легуванні певними домішками, що дозволяє формувати компоненти електрон. приладів на кристалах і плівках. Серед некристаліч. Н. виокремлюють аморфні, рідкі та склоподібні. Напівпровідник. властивості проявляють 13 елементів періодич. таблиці (елементарні гомеополярні Н.: C, Si, Ge, α-Sn, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, I, B), а також сотні твердих розчинів і сполук (гетерополярні Н., зокрема бінарні, потрійні, багатокомпонентні). Тривалий час осн. матеріалами напівпровідник. електроніки є кремній (Si) і германій (Ge), що мають кубічну структуру типу алмазу, де кожний атом оточений 4-ма ближніми. Серед гетерополяр. Н. виділяють алмазоподібні напівпровідник. матеріали, халькогеніди елементів 4-ї і 5-ї груп, магнітні Н., Н.-сегнетоелектрики. Крім зазначених неорган. Н., в останнє десятиліття все більше досліджують та використовують також орган. Н. (антрацен, нафтален, фталоціаніни, полівініл­карбазол). Практ. застосування Н. в електроніці розпочато після розроблення 1904 примітив. діода з притиск. контактом для перших радіоприймачів. Становлення квантової фізики дозволило 1947 амер. фізикам Дж. Бардіну, В.-Г. Браттейну, В.-Б. Шоклі розробити транзистор, а 1958 амер. інж. Дж. Кілбі та Р. Нойсу запропонувати технологію інтегральних схем. Після 1960 почалася ера інтеграл. напівпровідник. електроніки, що еволюціонувала в мікроелектроніку, а нині трансформується в наноелектроніку.

Напівпровідник. технологію називають локомотивом економіки, що забезпечує стрімкий розвиток багатьох галузей виробництва. Від 1978, коли було виготовлено 32,6 млрд чіпів у світі, об’єми випущеної продукції напівпровідник. галузі щорічно зростали прибл. на 9,1 %. На поч. 1990-х рр. найвпливовішими були япон. напівпровідник. компанії. Протягом наступ. десятиліть провідна роль перейшла до компаній з пн.-амер. і азіат.-тихоокеан. регіонів. 2014 ринок напівпровідник. продукції в світі у грош. еквіваленті склав 333 млрд, 2018 — 514 млрд дол. США. 2018 поставки всіх видів чіпів, зокрема інтеграл. мікросхем (IC), оптоелектрон. схем, сенсорів і дискрет. рішень (O-S-D), склали 1,07 трлн шт. і збільшилися на 10 % порівняно з 2017. У тому ж році в світі було продано чіпів на суму 476,7 млрд дол. США (на 13,4 % більше, ніж 2017). Десять гол. виробників реалізували напівпровідник. продукції на суму 283 млрд дол. США (79,3 % від заг. об’єму) — компанії «Sam­sung Electronics» (15,9 %), «SK Hynix» (7,6 %; обидві — Пд. Корея), «Intel» (13,8 %), «Micron Techno­logy» (6,4 %), «Broadcom» (3,5 %), «Qualcomm» (3,2 %), «Texas Ins­truments» (3,1 %), «Western Digital» (2 %; усі — США), «ST Microelectro­nics» (Швейцарія, Італія, Франція), «NXP Semiconductors» (Нідерланди; обидві — по 1,9 %). Потуж. виробниками Н. також є Китай і Тайвань. Найбільшими сегментами напівпровідник. індустрії є O-S-D. На поч. 2019 на оптоелектронні схеми, сенсори і дискретні чіпи припадало 70 % у заг. обсязі напівпровідник. відвантажень, на інтеграл. схеми — 30 % (1980 — відповідно 78 % і 22 %). Найвищими темпами зростають поставки напівпровідник. продукції для виробництва смартфонів, автомобіл. електроніки й обчислюв. систем, що забезпечують роботу штуч. інтелекту, додатків для глибин. навч. й аналізу великих даних. В Україні проблемами в галузі Н. займаються фахівці Фізики напівпровідників Інституту НАНУ. Виходить укр. ж. «Semicon­duc­tors Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics». Див. також Магніторозчинені напівпровідники, Напівпровідникові тонкі плівки, Фізика напівпровідників, Халь­когеніди та матеріали на їхній ос­нові.

Завантажити статтю