Dispositivi a Semiconduttore
I semiconduttori, materiali inorganici o organici, rappresentano un ponte tra i conduttori, come rame e oro, e gli isolanti, come il vetro. La loro conducibilità dipende da struttura chimica, temperatura, illuminazione e presenza di droganti. Questi materiali hanno una conduttività elettrica intermedia e un gap energetico inferiore a 4eV (circa 1eV). Nel campo della fisica dello stato solido, questo gap energetico, o banda proibita, è l’intervallo energetico tra la banda di valenza e quella di conduzione dove gli stati elettronici sono proibiti. A differenza dei conduttori, gli elettroni nei semiconduttori richiedono energia, ad esempio dalla radiazione ionizzante, per attraversare il gap e raggiungere la banda di conduzione.
Tipi di Dispositivi a Semiconduttore
- Diodi: Il diodo, un dispositivo elettronico a due terminali, permette il passaggio di corrente in una sola direzione. È costituito dall’unione di un semiconduttore di tipo p (con eccesso di lacune) e uno di tipo n (con eccesso di elettroni).
- Transistor: Il transistor, un dispositivo a tre terminali, può amplificare o commutare segnali elettronici. Si forma dall’unione di tre strati di materiale semiconduttore: uno strato n, uno p e un altro strato n (per i transistor NPN) o p (per i PNP).
- Circuiti Integrati: I circuiti integrati (IC) sono circuiti elettronici miniaturizzati realizzati combinando diversi dispositivi a semiconduttore, come diodi, transistor e resistori, su un unico pezzo di silicio. Gli IC sono impiegati in una vasta gamma di dispositivi elettronici, dai computer agli smartphone, fino alle auto e alle attrezzature mediche.
- Celle Solari: Una cella solare è un dispositivo a semiconduttore che converte la luce solare in elettricità. Si realizza drogando una lastra di silicio per creare regioni di tipo p e n, generando un campo elettrico interno che separa elettroni e lacune, producendo una tensione.
- Diodi a Emissione di Luce (LED): Un LED è un dispositivo a semiconduttore che emette luce quando vi transita una corrente. Si ottiene drogando un materiale semiconduttore per creare una giunzione p-n, che emette luce quando viene attraversata da corrente elettrica.
Tipi di Semiconduttori
I semiconduttori si dividono in due categorie principali in base alle loro proprietà elettroniche:
- Semiconduttori Intrinseci: Sono semicondut
tori puri composti da un singolo elemento, come il silicio o il germanio, senza doping intenzionale con impurità. Questi semiconduttori hanno un numero specifico di elettroni nelle bande di valenza e di conduzione e conducono elettricità quando riscaldati, permettendo ad alcuni elettroni di guadagnare energia sufficiente per liberarsi dai loro legami e diventare elettroni liberi nella banda di conduzione. - Semiconduttori Estrinseci: Questi semiconduttori sono drogati intenzionalmente con impurità per modificare le loro proprietà elettroniche. Si suddividono in:
- p-type: Nei semiconduttori di tipo p, atomi di impurità come il boro vengono introdotti nel materiale semiconduttore. Queste impurità hanno meno elettroni di valenza rispetto al materiale semiconduttore, risultando nella creazione di “lacune” (assenza di elettroni) nella banda di valenza. Queste lacune possono condurre corrente come portatori di carica positivi, conferendo al materiale la designazione di tipo p.
- n-type: Nei semiconduttori di tipo n, atomi di impurità come il fosforo vengono introdotti. Queste impurità hanno più elettroni di valenza rispetto al materiale semiconduttore, creando un eccesso di elettroni nella banda di conduzione. Questi elettroni in eccesso possono condurre corrente come portatori di carica negativi, conferendo al materiale la designazione di tipo n.
In conclusione, i semiconduttori e i loro dispositivi sono fondamentali in numerose applicazioni elettroniche, dalla tecnologia informatica all’energia solare, giocando un ruolo cruciale nell’avanzamento tecnologico moderno.
