Хи́мия полупроводнико́в, раздел физической химии, посвящённый изучению взаимосвязи между химическим составом, пространственной структурой и свойствами полупроводников (ПП), а также разработке методов синтеза новых полупроводниковых материалов с заданными функциональными свойствами. Химия ПП связана с физикой и химией твёрдого тела, кристаллохимией, физико-химической механикой, является основой технологии полупроводниковых и композиционных материалов. Как самостоятельная наука сформировалась в середине 20 в. в связи развитием полупроводниковой электроники.

Для ПП характерна сильная зависимость электропроводности от внешних воздействий (температуры, излучения, электрических и магнитных полей, гидростатического давления и пр.). Эта зависимость, в свою очередь, обусловлена важнейшими характеристиками ПП: природой частиц, образующих вещество (химический состав); особенностями химического взаимодействия частиц; порядком размещения частиц в пространстве.

По химическому составу ПП подразделяют на простые и сложные. Среди простых веществ полупроводниковыми свойствами обладают 13 химических элементов, важнейшие из которых германий и кремний. К сложным ПП относят двух-, трёх- и многокомпонентные неорганические соединения. Сложные ПП классифицируют по номерам групп короткой формы периодической системы, к которым принадлежат входящие в их состав элементы. Хорошо изучены соединения A^IIIB^V (GaN, GaAs, InSb и др.), халькогениды A^IIB^VI (ZnS, CdTe и др.) и A^IVB^VI (PbS, SnTe), оксиды переходных металлов. Важнейший бинарный ПП – карбид кремния. Электронными и кристаллохимическими аналогами бинарных соединений A^IIIB^V являются тройные ПП типа A^IIB^IV. Существуют также сложные органические ПП (некоторые ароматические соединения, ряд полимеров и др.), в которых имеются сопряжённые химические связи, т. е. общие электроны в одномерной зоне проводимости.

На свойства ПП существенно влияют различные дефекты структуры: вакансии, междоузельные атомы, атомы одного компонента на месте другого, дислокации, дефекты упаковки и т. д. Для изменения свойств проводят легирование полупроводников. Методы управления составом, а следовательно, и свойствами ПП включают контроль не только нестехиометрии и содержания примесей, но и обусловленных ими типа и концентрации дефектов. Синтез и обработка ПП проводятся в «чистых», специализированных помещениях с использованием глубокого вакуума, высоких давлений и разнообразных тепловых, барических, радиационных и прочих методов воздействия. Состав ПП с высокой точностью контролируют на основе данных диаграмм «состав – свойство» соответствующих систем.

Яков Френкель.Яков Френкель.Теоретические основы физической химии твёрдых фаз с дефектами, имеющие большое значение для разработки методов синтеза ПП, заложены в работах Я. И. Френкеля (1926, СССР), В. Шоттки и К. Вагнера (1930, оба – Германия), Ф. Крёгера (1956, Нидерланды), которые установили зависимость реакционной способности твёрдых фаз от типа и концентрации дефектов.

Важнейшая характеристика ПП – распределение электронной плотности между частицами. Тип химической связи (ковалентный, ионный, металлический) определяет энергию кристаллической решётки, ширину запрещённой зоны, физические и химические свойства ПП. Квантовая химия позволяет объяснить и предсказать основные характеристики ПП – ширину запрещённой зоны, эффективные массы носителей и т. д.

По структуре – упорядоченному размещению в пространстве образующих вещество частиц – ПП подразделяют на кристаллические и некристаллические (аморфные и стеклообразные полупроводники, жидкие полупроводники). Типичные представители некристаллических ПП – стеклообразные халькогениды (например, As₂Se₃, As₂Te₃), оксидные материалы типа V₂O₅ – P₂O₅ – RO_x (R – металл I–IV групп), характеризующиеся широким диапазоном значений электропроводности, низкими температурами размягчения, устойчивостью к кислотам и щелочам. Другой важный некристаллический ПП – аморфный гидрированный кремний α-SiH. Управление структурой – важнейшая задача химии ПП, осуществляемая с помощью регулирования состава, температуры, давления, а также кинетики процессов синтеза.

В 21 в. возникло новое направление химии ПП – разработка методов синтеза и использования полупроводниковых наноструктур. Полупроводниковые наночастицы используют для создания лазеров, возобновляеых источников энергии, биосенсоров, фотоприёмников и других полупроводниковых приборов. Наночастицы ПП получают диспергированием компактных материалов (термическое испарение, осаждение из атомных или молекулярных пучков и т. д.) или химической сборкой (осаждением из растворов с задержкой роста зародышей на стадии наноразмеров, используя метод капсулирования, поверхностно-активные вещества и т. д.). Новую область в химии ПП открывает послойный синтез (GaN, GaAs и т. д.) из атомных пучков с прецизионно регулируемым составом, а также выращивание эпитаксиальных слоёв широкозонных ПП (SiC, GaN, AlN, ZnO) с помощью гетерогенных химических реакций.