Semiconduttori di tipo p | Definizione, tipi e caratteristiche

Semiconduttori di tipo p

I semiconduttori, sia inorganici che organici, sono materiali in grado di controllare la propria conduzione a seconda della struttura chimica, della temperatura, dell’illuminazione e della presenza di dopanti. 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. Presentano un gap energetico inferiore a 4 eV (circa 1 eV). Nella fisica dello stato solido, questo gap energetico o band gap è un intervallo di energia tra la banda di valenza e la banda di conduzione dove gli stati degli elettroni sono proibiti. 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. Le proprietà dei semiconduttori sono determinate dal gap energetico tra le bande di valenza e di conduzione.

Caratteristiche dei Semiconduttori di tipo p

Un semiconduttore estrinseco dopato con atomi accettori di elettroni è denominato semiconduttore di tipo p, poiché la maggior parte dei portatori di carica nel cristallo sono lacune elettroniche (portatori di carica positivi). Il semiconduttore puro di silicio è un elemento tetravalente e la sua struttura cristallina normale contiene 4 legami covalenti da quattro elettroni di valenza. Nel silicio, i dopanti più comuni sono gli elementi del gruppo III e del gruppo V. Gli elementi del gruppo III (trivalenti) contengono tutti tre elettroni di valenza, fungendo da accettori quando utilizzati per dopare il silicio. Quando un atomo accettore sostituisce un atomo di silicio tetravalente nel cristallo, si crea uno stato vacante (una lacuna elettronica). Una lacuna elettronica (spesso semplicemente chiamata “lacuna”) è la mancanza di un elettrone in una posizione dove potrebbe esistere in un atomo o in un reticolo atomico. È uno dei due portatori di carica responsabili della creazione di una corrente elettrica nei materiali semiconduttori. Queste lacune caricate positivamente possono muoversi da atomo a atomo nei materiali semiconduttori man mano che gli elettroni lasciano le loro posizioni. Aggiungendo impurità trivalenti come boro, alluminio o gallio a un semiconduttore intrinseco si creano queste lacune elettroniche positive nella struttura.

Esempi di Semiconduttori di tipo p

Per esempio, un cristallo di silicio drogato con boro (gruppo III) crea un semiconduttore di tipo p, mentre un cristallo drogato con fosforo (gruppo V) risulta in un semiconduttore di tipo n. Il numero di siti accettori domina completamente il numero di lacune elettroniche. Pertanto, il numero totale di lacune è approssimativamente uguale al numero di siti donatori, p ≈ N_A. La neutralità di carica di questo materiale semiconduttore è anche mantenuta. Il risultato finale è che il numero di lacune elettroniche aumenta mentre il numero di elettroni di conduzione si riduce. Lo squilibrio della concentrazione dei portatori nelle rispettive bande è espresso dal diverso numero assoluto di elettroni e lacune. Le lacune elettroniche sono i portatori di maggioranza, mentre gli elettroni sono i portatori di minoranza nel materiale di tipo p.

Tabella di Proprietà dei Semiconduttori