Il Giunzione P-N – Giunzione Inversamente Polarizzata
I semiconduttori, materiali inorganici o organici, svolgono un ruolo cruciale nella tecnologia moderna grazie alla loro capacità di controllare la conduzione in base alla struttura chimica, temperatura, illuminazione e presenza di droganti. Questi materiali hanno una conduttività elettrica intermedia tra un metallo, come il rame o l’oro, e un isolante, come il vetro. Ciò è dovuto ad un “gap energetico” inferiore a 4eV (circa 1eV).
Fisica dello Stato Solido e Gap Energetico
In fisica dello stato solido, il gap energetico o band gap è una gamma di energia tra la banda di valenza e quella di conduzione, dove gli stati elettronici sono proibiti. A differenza dei conduttori, gli elettroni nei semiconduttori necessitano di energia, ad esempio da radiazioni ionizzanti, per attraversare il gap energetico e raggiungere la banda di conduzione.
Semiconduttori Estrinseci
I semiconduttori estrinseci sono semiconduttori impuri, intenzionalmente drogati con impurità per modificarne le proprietà elettroniche. Possono essere classificati in:
Semiconduttori di Tipo P
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 “buche” (assenza di elettroni) nella banda di valenza, che possono condurre corrente come portatori di carica positiva.
Semiconduttori di Tipo N
Nei semiconduttori di tipo N, atomi di impurità come il fosforo vengono introdotti nel materiale semiconduttore. Queste impurità hanno più elettroni di valenza rispetto al materiale semiconduttore, creando un eccesso di elettroni nella banda di conduzione, che possono condurre corrente come portatori di carica negativa.
Il Giunzione P-N e la Polarizzazione Inversa
La giunzione P-N funziona meglio come rivelatore di radiazioni quando viene applicata una tensione esterna attraverso la giunzione in direzione inversa. L’applicazione di una tensione inversa alla giunzione P-N serve a svuotare il rivelatore dai portatori liberi, principio alla base della maggior parte dei rivelatori a semiconduttore. La polarizzazione inversa aumenta lo spessore della regione di esaurimento perché la differenza di potenziale attraverso la giunzione è potenziata.
Rivelatori di Germanio e Struttura P-I-N
I rivelatori di germanio hanno una struttura p-i-n, dove la regione intrinseca (i) è sensibile alle radiazioni ionizzanti, in particolare ai raggi X e gamma. Sotto polarizzazione inversa, un campo elettrico si estende attraverso la regione intrinseca o esaurita. In questo caso, una tensione negativa è applicata al lato p e positiva al lato n. Le buche nella regione p sono attratte dalla giunzione verso il contatto p, e analogamente per gli elettroni e il contatto n. Questa carica viene convertita in un impulso di tensione da un preamplificatore sensibile alla carica integrata, proporzionalmente all’energia depositata nel rivelatore dal fotone in arrivo.
Riferimenti e Approfondimenti
Per ulteriori informazioni, si veda anche: “Rivelatori di Germanio, Tecnologie MIRION”.
