Semiconduttore al germanio | Proprietà e applicazione

Semiconduttori di Germanio

I semiconduttori sono materiali inorganici o organici in grado di controllare la loro conduzione a seconda della struttura chimica, della temperatura, dell’illuminazione e della presenza di droganti. Il nome “semiconduttore” deriva dal fatto che questi materiali hanno una conduttività elettrica intermedia tra un metallo, come il rame o l’oro, e un isolante, come il vetro. Possiedono un gap energetico inferiore a 4 eV (circa 1 eV). In fisica dello stato solido, questo gap energetico o banda proibita è un intervallo energetico tra la banda di valenza e la banda di conduzione dove gli stati degli elettroni sono vietati. A differenza dei conduttori, gli elettroni nei semiconduttori devono ottenere energia (ad esempio, dalla radiazione ionizzante) per attraversare il gap e raggiungere la banda di conduzione.

Il Semiconduttore di Germanio

Il germanio (Ge) è un materiale semiconduttore che è stato ampiamente utilizzato nei dispositivi elettronici nei primi giorni della tecnologia dei semiconduttori, prima dell’adozione diffusa del silicio. Il germanio ha un gap di banda di 0,67 elettronvolt (eV), inferiore a quello del silicio (1,1 eV) e dell’arseniuro di gallio (1,4 eV). Uno dei principali vantaggi del germanio è la sua elevata mobilità elettronica, superiore a quella del silicio. Questo permette maggiori velocità degli elettroni e velocità di commutazione più rapide, rendendo il germanio adatto all’uso in dispositivi elettronici ad alta frequenza, come ricevitori radio e transistor. Il germanio ha anche eccellenti proprietà ottiche, rendendolo adatto per l’uso in rivelatori infrarossi e altri dispositivi optoelettronici. Ha un elevato coefficiente di assorbimento della luce nel range infrarosso, il che lo rende altamente sensibile alle radiazioni infrarosse. Tuttavia, uno degli svantaggi principali del germanio è la sua scarsa stabilità termica, che può portare a variazioni nelle sue proprietà elettriche ad alte temperature. Ciò limita il suo utilizzo in applicazioni ad alta temperatura. Inoltre, il germanio è più incline alle impurità rispetto al silicio, il che può influire negativamente sulle sue proprietà elettriche.

Tipi di Semiconduttori

I semiconduttori possono essere classificati in due tipi di base in base alle loro proprietà elettroniche:

• Semiconduttori Intrinseci: Sono semiconduttori puri costituiti da un singolo elemento (ad esempio, Silicio, Germanio) e non sono intenzionalmente drogati con impurità. I semiconduttori intrinseci hanno un numero specifico di elettroni nelle loro bande di valenza e di conduzione. Conducono elettricità quando vengono riscaldati e alcuni elettroni acquisiscono energia sufficiente per liberarsi dai loro legami e diventare elettroni liberi nella banda di conduzione.
• Semiconduttori Estrinseci: Sono semiconduttori impuri che sono intenzionalmente drogati con impurità per cambiare le loro proprietà elettroniche. I semiconduttori estrinseci possono essere ulteriormente classificati in due tipi:
• Semiconduttori di tipo p: 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, il che risulta nella creazione di “buchi” (assenza di elettroni) nella banda di valenza. Questi buchi possono condurre corrente come portatori di carica positiva, dando al materiale la sua designazione di tipo p.
• Semiconduttori di tipo n: In questi semiconduttori, atomi di impurità come il fosforo vengono introdotti nel materiale semiconduttore. Queste impurità hanno più elettroni di valenza rispetto al materiale semiconduttore, creando eccesso di elettroni nella banda di conduzione. Questi elettroni in eccesso possono condurre corrente come portatori di carica negativa, dando al materiale la sua designazione di tipo n.

Caratteristiche dei Semiconduttori

Ecco una tabella con 3 semiconduttori intrinseci e 2 semiconduttori di tipo p e tipo n, insieme a 4 proprietà chiave: