Semiconduttori Estrinseci – Semiconduttori Drograti
I semiconduttori, sia inorganici che organici, sono materiali che controllano la loro conduzione a seconda della struttura chimica, della temperatura, dell’illuminazione e della presenza di droghe. Il termine “semiconduttore” deriva dal fatto che questi materiali hanno una conduttività elettrica tra un metallo, come rame o oro, e un isolante, come il vetro. Possiedono un gap energetico inferiore a 4eV (circa 1eV). Nella fisica dello stato solido, questo gap energetico o band gap è un intervallo di energia tra la banda di valenza e quella di conduzione, dove gli stati degli elettroni sono proibiti. A differenza dei conduttori, gli elettroni dei semiconduttori devono acquisire energia (ad esempio, da radiazioni ionizzanti) per attraversare il band gap e raggiungere la banda di conduzione. Le proprietà dei semiconduttori sono determinate dal gap energetico tra bande di valenza e di conduzione.
Tipi di Semiconduttori
I semiconduttori possono essere classificati in due tipi principali in base alle loro proprietà elettroniche:
- Semiconduttori Intrinseci: Sono semiconduttori puri costituiti da un singolo elemento (ad es., Silicio, Germanio) senza doping intenzionale con impurità. Hanno un numero specifico di elettroni nella loro banda di valenza e di conduzione e conducono elettricità quando riscaldati.
- Semiconduttori Estrinseci: Sono semiconduttori impuri, intenzionalmente drogati con impurità per modificarne le proprietà elettroniche. Si dividono ulteriormente in:
- p-type: In questi semiconduttori, atomi di impurità come il boro vengono introdotti nel materiale semiconduttore, creando “buche” (assenza di elettroni) nella banda di valenza.
- n-type: In questi semiconduttori, atomi di impurità come il fosforo vengono introdotti, creando elettroni in eccesso nella banda di conduzione.
Proprietà Chiave dei Semiconduttori
Ecco una tabella con 3 semiconduttori intrinseci e 2 semiconduttori p-type e n-type, insieme a 4 proprietà chiave:
| Semiconduttore | Tipo | Gap Band (eV) | Mobilità Elettronica (cm²/Vs) | Mobilità dei Buchi (cm²/Vs) | Conduttività Termica (W/mK) |
|---|---|---|---|---|---|
| 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-type | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Silicio drogato con Fosforo (n-Si) | n-type | 1.12 | 1500 | 4500 | 150 |
| Arseniuro di Gallio drogato con Alluminio (p-GaAs) | p-type | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Arseniuro di Gallio drogato con Silicio (n-GaAs) | n-type | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
Semiconduttori Estrinseci – Semiconduttori Drograti
Un semiconduttore estrinseco, o semiconduttore drogato, è un semiconduttore intenzionalmente drogato per modulare le sue proprietà elettriche, ottiche e strutturali. Nel caso di rivelatori di radiazioni ionizzanti, il doping è l’introduzione intenzionale di impurità in un semiconduttore intrinseco per cambiamenti nelle loro proprietà elettriche. I semiconduttori intrinseci sono anche noti come semiconduttori puri o semiconduttori di tipo i. L’aggiunta di una piccola percentuale di atomi stranieri nella struttura cristallina del silicio o del germanio produce cambiamenti drammatici nelle loro proprietà elettriche, poiché questi atomi stranieri incorporati nella struttura cristallina del semiconduttore forniscono portatori di carica libera (elettroni o buchi di elettroni) nel semiconduttore.
Semiconduttori n-type
Un semiconduttore estrinseco drogato con atomi donatori di elettroni è detto semiconduttore n-type perché la maggior parte dei portatori di carica nel cristallo sono elettroni negativi. Ad esempio, un cristallo di silicio drogato con boro (gruppo III) crea un semiconduttore p-type, mentre un cristallo drogato con fosforo (gruppo V) risulta in un semiconduttore n-type. Gli elettroni di conduzione sono completamente dominati dal numero di elettroni donatori. Pertanto, il numero totale di elettroni di conduzione è approssimativamente uguale al numero di siti donatori, n≈ND.
Semiconduttori p-type
Un semiconduttore estrinseco drogato con atomi accettori di elettroni è detto semiconduttore p-type perché la maggior parte dei portatori di carica nel cristallo sono buchi di elettroni (portatori di carica positiva). Ad esempio, un cristallo di silicio drogato con boro (gruppo III) crea un semiconduttore p-type. Il numero totale di buchi è approssimativamente uguale al numero di siti accettori, p ≈ NA.
