Semiconduttori Intrinseci – Semiconduttori Puri
I semiconduttori intrinseci, noti anche come semiconduttori puri o di tipo i, sono materiali organici o inorganici con capacità di controllo della loro conduzione elettrica, che varia in base alla struttura chimica, alla temperatura, all’illuminazione e alla presenza di droganti. La conduttività elettrica di questi materiali si posiziona tra quella di un metallo, come il rame o l’oro, e un isolante, come il vetro. I semiconduttori hanno un gap energetico inferiore a 4eV (circa 1eV).
Il Gap Energetico nei Semiconduttori
In fisica dello stato solido, il gap energetico, o band gap, è un intervallo di energia tra la banda di valenza e la banda di conduzione dove gli stati elettronici sono vietati. A differenza dei conduttori, gli elettroni nei semiconduttori devono ottenere energia (ad esempio, dalla radiazione ionizzante) per attraversare il band gap e raggiungere la banda di conduzione.
Tipologie di Semiconduttori
I semiconduttori possono essere classificati in due tipi principali in base alle loro proprietà elettroniche:
Semiconduttori Intrinseci: Sono semiconduttori puri composti da un singolo elemento (ad esempio, Silicio o Germanio) senza doping intenzionale con impurità. La loro conduttività aumenta con il riscaldamento, permettendo ad alcuni elettroni di acquisire energia sufficiente per liberarsi dai loro legami e diventare elettroni liberi nella banda di conduzione.
Semiconduttori Estrinseci: Sono semiconduttori impuri, intenzionalmente drogati con impurità per modificare le loro proprietà elettroniche. Si dividono in:
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, creando “buchi” (assenza di elettroni) nella banda di valenza.
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.
Proprietà dei Semiconduttori Intrinseci
Un semiconduttore intrinseco è completamente puro senza specie di droganti significative. Il numero di portatori di carica a una certa temperatura è quindi determinato dalle proprietà del materiale anziché dal numero di impurità. Ad esempio, un campione di 1 cm³ di germanio puro a 20 °C contiene circa 4.2×1022 atomi ma anche circa 2.5 x 1013 elettroni liberi e 2.5 x 1013 buchi, generati costantemente dall’energia termica.
L’Importanza del Doping nei Semiconduttori
I semiconduttori intrinseci non sono molto utili in quanto non sono né ottimi isolanti né ottimi conduttori. Tuttavia, una caratteristica importante dei semiconduttori è che la loro conduttività può essere aumentata e controllata tramite il doping con impurità e la modulazione con campi elettrici. Aggiungendo solo lo 0.001% di arsenico (un’impurità) si donano ulteriori 1017 elettroni liberi nello stesso volume, aumentando la conduttività elettrica di un fattore di 10.000.
In conclusione, i semiconduttori intrinseci rappresentano un campo fondamentale nella fisica dello stato solido e nelle applicazioni tecnologiche, offrendo una base per lo sviluppo di dispositivi elettronici avanzati.
