Коэффициент полезного действия фотоэлемента, в частности, зависит от места возникновения новых носителей заряда: они могут возникать на относительно большой глубине от электронно-дырочного перехода в базе, или непосредственно в переходе, или в близи поверхности кристалла полупроводника.
При выборе исходного материала для фотоэлемента необходимо учитывать изменения показателя поглощения света в зависимости от длины волны.
При производстве фоторезисторов не требуется столь высокой степени очистки полупроводниковых материалов и совершенства их структуры. В связи с этим для изготовления фоторезисторов обычно используют селениды, сульфиды и другие соединения в аморфном состоянии, что значительно снижает себестоимость приборов.
Широкое практическое применение получило свойство различных возбужденных систем эффективно излучать электромагнитную энергию при самопроизвольной или вынужденной рекомбинации. На основе этого свойства созданы излучающие полупроводниковые приборы - светодиоды и полупроводниковые лазеры. В исходном материале таких приборов излучательная рекомбинация носителей зарядов должна преобладать над безызлучательной.
Полупроводниковый материал для лазеров должен иметь структуру энергетических зон, обеспечивающую прямые излучательные переходы электронов между энергетическими уровнями. Перспективным является синтез и подбор полупроводниковых материалов с одинаковыми параметрами кристаллической решетки, что дает возможность создавать гетеропереходы на контактах двух полупроводников с различной шириной запрещенной зоны. Использование гетеропереходов в инжекционных лазерах позволяет относительно просто получать инверсную населенность энергетических уровней в относительно узкой области лазерной структуры.
Для изготовления термисторов применяют различные полупроводниковые материалы, но наибольшее распространение получили оксиды металлов переходной группы Д. И. Менделеева [от титана (порядковый номер 22) до меди (порядковый номер 29)].
Основные требования, предъявляемые к полупроводниковым материалам таких термисторов, определяются необходимостью обеспечить широкий диапазон номинальных сопротивлений, различный температурный коэффициент сопротивления, малый разброс параметров и т. д. Поэтому желательно иметь возможность изменять удельное сопротивление и температурный коэффициент удельного сопротивления исходного материала в широких пределах путем изменения соотношения составляющих компонентов. Наибольший интерес представляют полупроводники, у которых малое удельное сопротивление сочетается с большим температурным коэффициентом удельного сопротивления. Кроме того, для массового производства термисторов желательно иметь полупроводниковый материал с меньшей чувствительностью параметров к посторонним примесям и малейшим отклонениям от заданных режимов термообработки.
Перспективными для термисторов являются материалы со структурными фазовыми переходами, происходящими в определенном диапазоне температуры и сопровождающимися резким изменением удельного сопротивления. Так, в оксидах ванадия с увеличением температуры области фазовых превращений наблюдается уменьшение удельного сопротивления на несколько порядков. Для изготовления варисторов прежде всего необходимы материалы, обладающие химической стабильностью при высоких температурах, так как при работе варистора почти вся мощность выделяется в малом объеме активных областей под точечными контактами между отдельными кристаллами или зернами полупроводника. Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов может быть существенно увеличено при увеличении температурного коэффициента сопротивления поверхностных слоев кристаллов, из которых состоит варистор.
Для того чтобы варистор обладал хорошими частотными свойствами, необходимо малое время релаксации тепловых процессов в активных областях под точечными контактами, а значит, малая площадь точечных контактов, что может быть получено при большой твердости кристаллов полупроводника. Всем этим требованиям пока от части удовлетворяет карбид кремния, из которого и делают основную часть варисторов.
В последнее время налажено массовое производство варисторов из оксидных полупроводников, основой которых является оксид цинка. Принцип действия таких варисторов имеет свои особенности, но требования к исходному материалу, перечисленные выше, справедливы и для оксидных варисторов.
При разработке материалов для термоэлектрических приборов важное значение имеет температурная зависимость эффективности и определяющих ее параметров. С увеличением температуры в области примесной электропроводимости удельное сопротивление полупроводника растет в связи с уменьшением подвижности носителей зарядов из-за увеличения теплового рассеяния кристаллической решеткой. По этой причине уменьшается эффективность материала. Таким образом, в материалах для термоэлементов должно быть по возможности более слабое падение подвижности носителей зарядов при средних и высоких температурах.
Основным требованием к исходному материалу преобразователей ЭДС Холла является высокая подвижность носителей заряда, так как при этом ЭДС Холла соизмерима с выходным напряжением. Однако выходное напряжение должно быть достаточно большим, чтобы полезный сигнал имел необходимое значение. Максимальное допустимое входное напряжение ограничивается максимальной допустимой мощностью. Таким образом, при большой подвижности носителей заряда материал должен иметь выходное удельное сопротивление. Например, преобразователь ЭДС Холла из антимонида индия имеет меньшую максимальную ЭДС Холла, чем преобразователь из германия, у которого подвижность электронов почти в 20 раз меньше.
ЭДС Холла обычно пропорциональна толщине кристаллов полупроводника. Поэтому исходный материал должен обеспечивать создание преобразователей ЭДС Холла, имеющих малую толщину.
Аналогичные требования предъявляются к исходным материалам для магниточувствителных полупроводниковых приборов - полупроводниковых магниторезисторов.
Для тензочувствительных полупроводниковых приборов - тензорезисторов и тензодиодов нужны полупроводниковые материалы характеризующиеся много долинными энергетическими зонами с возможно большей анизотропией эффективных масс или подвижностей носителей заряда по различным кристаллографическим осям. Так как структура и свойства зоны проводимости и валентной зоны одного и того же полупроводника могут существенно отличаться, то характер и значение тензочувствительности в полупроводнике с n- и p-типом электропроводимости могут быть различны. Поэтому малая тензочувствительность в n-полупроводнике еще не означает, что она не может быть большой в p-полупроводнике того же самого материала.
Кроме большой тензочувствительности, материал для тензочувствительных полупроводниковых приборов должен обладать химической инертностью, иметь высокое значение разрушающего механического напряжения, т. е. быть механически прочным, иметь большую ширину запрещенной зоны, позволяющую делать тензоприборы с большой максимальной допустимой температурой.
Основным материалом для изготовления полупроводниковых тензорезисторов в настоящее время является кремний. Это объясняется не только тем, что кремний лучше других полупроводников удовлетворяет перечисленным требованиям для изготовления тензорезисторов, но и тем, что свойства кремния исследованы наиболее детально, налажена промышленная технология получения однородных монокристаллов кремния с малым числом дефектов, что, в свою очередь, позволяет выбирать материал с нужными параметрами и известной температурной зависимостью удельного сопротивления, а также облегчает создание невыпрямляющих контактов.