Semiconduttori

Il Drogaggio
I semiconduttori, o semimetalli, sono elementi di “frontiera” e presentano proprietà intermedie fra i
metalli (conduttori) e i non metalli (isolanti).
Il silicio è un semiconduttore e la conducibilità di questo elemento può essere aumentata se alcuni
nodi del suo reticolo vengono occupati da atomi di elementi del quinto gruppo (come arsenico o
fosforo) o del terzo gruppo (come boro o alluminio). L’operazione di “drogaggio” consiste
nell’introduzione delle impurezze per diffusione in forno ad alta temperatura (800-1250 °C)
ponendo il silicio a contatto con un ambiente ricco dell’elemento specifico.
Conducibilità dei semiconduttori
drogati
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Se un atomo si silicio viene sostituito da uno del quinto gruppo,che ha un maggior numero di
elettroni esterni,l’elettrone in eccesso, non essendo impegnato in legami chimici, è libero di
muoversi nell’ambito del cristallo in seguito a riscaldamento con un aumento della conducibilità
(semiconduttore di tipo N con elettroni in eccesso, n indica la carica negativa).
Se un atomo di silicio viene sostituito da un elemento del terzo gruppo che ha un minor numero di
elettroni esterni, il quarto legame risulta incompleto con un buco o lacuna elettronica. Sotto
l’azione di un campo elettrico si ha un movimento del buco elettronico dando luogo ad una
corrente elettrica (semiconduttore di tipo P con lacune elettroniche, p indica la carica positiva o
buco).
Comportamento dei semiconduttori
in base alla teoria a bande
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In un solido gli orbitali molecolari sono estesi a tutto la struttura e vicini l’uno all’altro, per quanto
riguarda l’energia, a formare bande. Nei semiconduttori allo stato puro la banda a energia più alta
fra quelle occupate è completa, non ci sono elettroni in grado di muoversi e perciò non è possibile
la conduzione della corrente.
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Nei semiconduttori di tipo N la prima banda non occupata non è, dal punto di vista energetico,
molto distante da quella occupata. Se sono presenti impurezze costituite da atomi aventi un
numero maggiore di elettroni esterni rispetto a quelli di cui è fatto il semiconduttore, gli elettroni in
più si distribuiscono nella banda successiva e poiché non la occupano completamente possono
muoversi permettendo la conduzione di corrente.
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I semiconduttori di tipo P contengono impurezze i cui atomi hanno un numero minore di elettroni
esterni rispetto a quelli dell’elemento di cui è fatto il semiconduttore. Nella banda ci sono alcuni
orbitali occupati da un solo elettrone permettendo così la conduzione di corrente.