Semiconduttori di Tipo n
I semiconduttori, materiali organici o inorganici, giocano un ruolo cruciale nella tecnologia moderna, regolando la conduzione elettrica in base alla struttura chimica, temperatura, illuminazione e presenza di droganti. Questi materiali posseggono una conduttività elettrica intermedia tra un metallo, come il rame o l’oro, e un isolante, come il vetro. Il loro “gap energetico” è inferiore a 4 eV (circa 1 eV). In fisica dello stato solido, questo gap energetico o “band gap” è una gamma di energia tra la banda di valenza e quella di conduzione dove non sono permessi stati elettronici.
Tipologie di Semiconduttori
I semiconduttori si classificano in due tipi principali in base alle loro proprietà elettroniche:
Semiconduttori Intrinseci: Sono semiconduttori puri, costituiti da un singolo elemento (ad esempio, Silicio o Germanio) e privi di drogaggio intenzionale con impurità. La loro conduzione elettrica avviene quando si riscaldano e alcuni elettroni acquisiscono energia sufficiente per liberarsi dai loro legami e diventare elettroni liberi nella banda di conduzione.
Semiconduttori Estrinseci: Sono semiconduttori impuri, drogati intenzionalmente con impurità per modificare le loro proprietà elettroniche. Si dividono in:
Semiconduttori di Tipo p: In questi, 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.
Semiconduttori di Tipo n: In questi, atomi di impurità come il fosforo vengono introdotti. Queste impurità hanno più elettroni di valenza, creando elettroni in eccesso nella banda di conduzione.
Proprietà dei Semiconduttori
Ecco una tabella con 3 semiconduttori intrinseci e 2 semiconduttori di tipo p e n, con 4 proprietà chiave:
| Semiconduttore | Tipo | Gap Energetico (eV) | Mobilità Elettronica (cm2/V·s) | Mobilità dei Buchi (cm2/V·s) | Conducibilità Termica (W/m·K) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silicio (Si) | Intrinseco | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Germanio (Ge) | Intrinseco | 0.67 | 3900 | 1900 | 60 |
| Arseniuro di Gallio (GaAs) | Intrinseco | 1.43 | 8500 | 400 | 46 |
| Silicio drogato con Boro (p-Si) | p | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Silicio drogato con Fosforo (n-Si) | n | 1.12 | 1500 | 4500 | 150 |
| Arseniuro di Gallio drogato con Alluminio (p-GaAs) | p | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Arseniuro di Gallio drogato con Silicio (n-GaAs) | n | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
Semiconduttori di Tipo n
Un semiconduttore estrinseco drogato con atomi donatori di elettroni è definito semiconduttore di tipo n, poiché la maggior parte dei portatori di carica nel cristallo sono elettroni negativi. Per esempio, un cristallo di silicio drogato con fosforo (un elemento del gruppo V) risulta in un semiconduttore di tipo n. Gli elettroni di conduzione sono dominati dal numero di elettroni donatori. Pertanto, il numero totale di elettroni di conduzione è approssimativamente uguale al numero di siti donatori, n≈ND. La neutralità di carica del materiale semiconduttore è mantenuta perché i siti donatori eccitati bilanciano gli elettroni di conduzione. Il risultato netto è un aumento del numero di elettroni di conduzione mentre il numero di buchi si riduce. L’imbilanciamento della concentrazione dei portatori nei rispettivi bande si esprime nella diversa quantità assoluta di elettroni e buchi. Gli elettroni sono i portatori maggioritari, mentre i buchi sono i portatori minoritari nel materiale di tipo n.
