Fabbricazione dei Semiconduttori
I semiconduttori, materiali organici o inorganici, giocano un ruolo cruciale nella tecnologia moderna. La loro conduttività elettrica, posizionata tra quella dei metalli e degli isolanti, dipende dalla struttura chimica, dalla temperatura, dall’illuminazione e dalla presenza di droganti. Questi materiali hanno un gap energetico inferiore a 4eV (circa 1eV), una gamma di energia tra la banda di valenza e la banda di conduzione dove gli stati degli elettroni sono proibiti.
Processo di Fabbricazione
La fabbricazione dei semiconduttori segue diversi passaggi:
- Crescita del Cristallo: Si inizia con la crescita di un cristallo puro di silicio, che servirà come substrato per i passaggi successivi.
- Preparazione del Wafer: Il cristallo viene tagliato in sottili wafer, poi lucidati per rimuovere difetti superficiali o impurità.
- Rivestimento con Fotoresist: Si applica uno strato di materiale fotoresistente sulla superficie del wafer.
- Fotomascheratura: Un fotomask viene posizionato sopra il wafer, esponendolo alla luce ultravioletta. Il fotoresist reagisce alla luce, creando un modello sulla superficie del wafer.
- Incisione: Il wafer viene inciso usando una soluzione chimica o plasma, rimuovendo il materiale di silicio dalle aree non protette dal fotoresist.
- Impianto Ionico: Vengono impiantati ioni nelle aree esposte del wafer per alterarne le proprietà elettriche.
- Processamento Termico: Il wafer è riscaldato in un forno per attivare gli ioni impiantati e anneal la struttura cristallina del silicio.
- Deposizione: Strati di materiali a film sottile vengono depositati sul wafer usando la deposizione chimica da vapore o altri metodi.
- Fotolitografia: Il fotoresist viene rimosso, e il wafer è rivestito con un nuovo strato di fotoresist. Questo processo viene ripetuto per creare ulteriori strati di materiali modellati sul wafer.
- Taglio e Imballaggio: Una volta completati tutti gli strati, il wafer viene tagliato in singoli chip e imballati per l’utilizzo in dispositivi elettronici.
Questo processo è altamente automatizzato e preciso, con molti passaggi ripetuti centinaia o migliaia di volte per creare un singolo chip.
Tipi di Semiconduttori
I semiconduttori si dividono in due tipi principali, in base alle loro proprietà elettroniche:
- Semiconduttori Intrinseci: Sono semiconduttori puri, composti da un unico elemento (es. Silicio, Germanio), senza drogaggio intenzionale con impurità. Conducono elettricità quando riscaldati, permettendo ad alcuni elettroni di liber
arsi dai loro legami e diventare elettroni liberi nella banda di conduzione. - Semiconduttori Estrinseci: Sono semiconduttori drogati intenzionalmente con impurità per cambiare le loro proprietà elettroniche. Si dividono in due sottotipi:
- p-type: In questi semiconduttori, 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 “buchi” (assenza di elettroni) nella banda di valenza, che possono condurre corrente come portatori di carica positiva.
- n-type: In questi semiconduttori, atomi di impurità come il fosforo vengono introdotti. Queste impurità hanno più elettroni di valenza rispetto al materiale semiconduttore, creando eccesso di elettroni nella banda di conduzione, che possono condurre corrente come portatori di carica negativa.
La fabbricazione e l’uso di semiconduttori rappresentano una pietra miliare nel progresso tecnologico, consentendo lo sviluppo di dispositivi elettronici avanzati che formano la base della nostra società digitale moderna.
