Introduzione alla Chimica (Italiano)

Termini e condizioni

• semiconductora sostanza con proprietà elettriche tra quelle di un buon conduttore e quelle di un buon isolante
• conductorsomething in grado di trasmettere energia elettrica, di calore, di luce, di o il suono
• dopeddescribing un semiconduttore che ha avuto piccole quantità di elementi aggiunti per creare portatori di carica

i Semiconduttori sono materiali che hanno proprietà sia normale conduttori e isolanti., I semiconduttori rientrano in due grandi categorie:

• I semiconduttori intrinseci sono composti da un solo tipo di materiale; silicio e germanio sono due esempi. Questi sono anche chiamati “semiconduttori ondulati” o ” semiconduttori di tipo I. “
• I semiconduttori estrinseci, d’altra parte, sono semiconduttori intrinseci con altre sostanze aggiunte per alterare le loro proprietà — vale a dire, sono stati drogati con un altro elemento.,

Semiconduttori intrinseci

Nei classici semiconduttori cristallini, gli elettroni possono avere energie solo all’interno di determinate bande (intervalli di livelli energetici). L’energia di queste bande è compresa tra l’energia dello stato fondamentale e l’energia dell’elettrone libero (l’energia richiesta per un elettrone per sfuggire interamente dal materiale). Le bande di energia corrispondono a un gran numero di stati quantici discreti degli elettroni. La maggior parte degli stati a bassa energia (più vicini al nucleo) sono occupati, fino a una particolare banda chiamata banda di valenza.,

I semiconduttori e gli isolanti si distinguono dai metalli per la popolazione di elettroni in ciascuna banda. La banda di valenza in un dato metallo è quasi piena di elettroni in condizioni usuali. Nei semiconduttori, solo pochi elettroni esistono nella banda di conduzione appena sopra la banda di valenza, e un isolante non ha quasi elettroni liberi.

I semiconduttori e gli isolanti si distinguono ulteriormente per il gap di banda relativo. Nei semiconduttori, il band gap è piccolo, consentendo agli elettroni di popolare la banda di conduzione. Negli isolanti, è grande, rendendo difficile per gli elettroni fluire attraverso la banda di conduzione.

Semiconduttori estrinseci

Il nome “semiconduttore estrinseco” può essere un po’ fuorviante., Mentre i materiali isolanti possono essere drogati per diventare semiconduttori, i semiconduttori intrinseci possono anche essere drogati, risultando in un semiconduttore estrinseco. Esistono due tipi di semiconduttori estrinseci che derivano dal doping: atomi che hanno un elettrone in più (tipo n per negativo, dal gruppo V, come il fosforo) e atomi che hanno un elettrone in meno (tipo p per positivo, dal gruppo III, come il boro).

Nella produzione di semiconduttori, il doping introduce intenzionalmente impurità in un semiconduttore estremamente puro, o intrinseco, allo scopo di modificarne le proprietà elettriche., Le impurità dipendono dal tipo di semiconduttore. I semiconduttori leggermente e moderatamente drogati sono indicati come estrinseci. Quando un semiconduttore viene drogato ad un livello così alto che agisce più come un conduttore che un semiconduttore, viene definito degenerato.

Semiconduttori di tipo N

I semiconduttori di tipo N sono un tipo di semiconduttore estrinseco in cui gli atomi droganti sono in grado di fornire elettroni di conduzione extra al materiale ospite (ad esempio fosforo nel silicio). Questo crea un eccesso di portatori di carica di elettroni negativi (di tipo n).,

L’atomo di doping di solito ha un elettrone di valenza in più rispetto a un tipo di atomi ospiti. L’esempio più comune è la sostituzione atomica nei solidi del gruppo-IV per elementi del gruppo-V. La situazione è più incerta quando l’host contiene più di un tipo di atomo., Ad esempio, nei semiconduttori III-V come l’arseniuro di gallio, il silicio può essere un donatore quando sostituisce il gallio o un accettore quando sostituisce l’arsenico. Alcuni donatori hanno meno elettroni di valenza rispetto all’ospite, come i metalli alcalini, che sono donatori nella maggior parte dei solidi.

Semiconduttori di tipo P

Un semiconduttore di tipo p (p per “positivo”) viene creato aggiungendo un certo tipo di atomo al semiconduttore per aumentare il numero di portatori di carica liberi. Quando viene aggiunto il materiale drogante, toglie (accetta) elettroni esterni debolmente legati dagli atomi di semiconduttore., Questo tipo di agente drogante inoltre è conosciuto come materiale del accettore ed il posto vacante lasciato dall’elettrone è conosciuto come un foro. Lo scopo del doping di tipo p è quello di creare un’abbondanza di fori.

Nel caso del silicio, un atomo trivalente viene sostituito nel reticolo cristallino., Il risultato è che manca un elettrone da uno dei quattro legami covalenti normalmente parte del reticolo di silicio. Pertanto l’atomo drogante può accettare un elettrone dal legame covalente di un atomo vicino per completare il quarto legame. Questo è il motivo per cui questi droganti sono chiamati accettori.

Quando l’atomo drogante accetta un elettrone, questo causa la perdita di metà di un legame dall’atomo vicino, con conseguente formazione di un foro. Ogni foro è associato a un vicino dop drogante caricato negativamente e il semiconduttore rimane elettricamente neutro nel complesso., Tuttavia, una volta che ogni foro si è allontanato nel reticolo, un protone nell’atomo nella posizione del foro sarà “esposto” e non più cancellato da un elettrone. Questo atomo avrà tre elettroni e un foro che circonda un particolare nucleo con quattro protoni.

Per questo motivo un foro si comporta come una carica positiva. Quando viene aggiunto un numero sufficientemente elevato di atomi di accettore, i fori superano di gran lunga gli elettroni eccitati termicamente. Pertanto, i fori sono i portatori di maggioranza,mentre gli elettroni diventano portatori di minoranza nei materiali di tipo P.