semiconduttore

semiconduttore

semiconduttóre [Comp. di semi- e conduttore] [FSD] Vasta categoria di sostanze solide caratterizzate dall'avere a basse temperature (teoricamente allo zero assoluto) una struttura delle bande dei livelli energetici elettronici simile a quella degli isolanti, cioè con la banda più alta completamente occupata (banda di valenza) e quella sovrastante (banda di conduzione) completamente libera, ma con queste due bande separate da un intervallo di energia (banda di livelli proibiti o banda proibita o gap di energia) molto minore di quello che si ha negli isolanti (decimi di eV contro qualche eV) e di un ordine di grandezza non molto diverso da quello competente all'energia di agitazione termica degli elettroni (qualche centesimo di eV a 20 °C); così, a temperatura ordinaria gli elettroni hanno una certa probabilità di passare da una banda all'altra, andando a occupare livelli della banda di conduzione e lasciando nella banda di valenza livelli liberi che si comportano come cariche virtuali libere positive (vacanze, o buche o lacune, elettroniche: fig. 1); la conduzione elettrica in queste condizioni (semiconduzione intrinseca) è dunque determinata dalla dinamica di queste due popolazioni di cariche libere, ognuna delle quali contribuisce alla conduttività in modo direttamente proporzionale alla concentrazione e alla mobilità; poiché le concentrazioni sono uguali (elettroni e buche sono prodotti a coppie) la conduzione è dovuta prevalentemente alle cariche più mobili, che nei s. del tipo descritto (s. intrinseci) sono gli elettroni. Naturalmente, questo meccanismo di conduzione migliora all'aumentare della temperatura, al contrario di quanto accade nei conduttori metallici ordinari. Sono s. intrinseci il germanio, il silicio e pochi altri elementi (il selenio grigio, il gadolinio). Quantità anche minime (a livello di quelle che nella chimica si chiamano impurezze, con concentrazioni relative dell'ordine di 10-5) di opportune sostanze diverse (l'operazione d'introdurle nel reticolo del s. intrinseco si chiama drogaggio e ne risultano s. drogati o estrinseci) alterano notevolmente questo schema di conduzione, in quanto introducono livelli elettronici consentiti nella banda proibita, con energie di ionizzazione circa un decimo dell'ampiezza di tale banda e quindi molto facilmente ionizzabili. Livelli d'impurezze vuoti poco al di sopra della cima della banda di valenza accettano elettroni da questa (livelli accettori), che restano intrappolati ivi sino a che la temperatura divenga sufficientemente alta da dare luogo al salto alla banda di conduzione, mentre le buche createsi nella banda di valenza sono libere e danno luogo a una conduzione per cariche positive (conduzione estrinseca di tipo p: fig. 3); in maniera analoga, livelli d'impurezze occupati poco sotto il fondo della banda di conduzione cedono elettroni a quest'ultima (livelli donatori), determinando una conduzione estrinseca di tipo n (fig. 2). Tutte queste acquisizioni, e altre, risalgono ai tardi anni '40, ancorché alcuni s. fossero già noti (ma non nella loro struttura a bande di livelli elettronici) e utilizzati (per es., il selenio grigio e l'ossidulo di rame usati per realizzare i cosiddetti raddrizzatori a strato di sbarramento). Inizialmente i s. furono così chiamati perché la loro conduttività (equival., la loro resistività) presentava valori intermedi tra quelli dei metalli e quelli degli isolanti, per di più con le singolarità, tutte difformi rispetto ai metalli, di aumentare (diminuire, per la resistività) all'aumentare della temperatura e di dipendere fortemente (per i motivi accennati sopra) dalla maggiore o minore purezza. Per altre notizie, anche relativ. alle applicazioni, v. semiconduttore e semiconduttori, dispositivi a. ◆ [FSD] [EMG] S. amorfo: v. semiconduttori amorfi. ◆ [FSD] [EMG] S. amorfo covalente: v. semiconduttori amorfi: V 148 e. ◆ [FSD] [EMG] S. degenere: v. semiconduttore: V 144 d. ◆ [FSD] [EMG] S. drogato: lo stesso che s. estrinseco. ◆ [FSD] [EMG] S. estrinseco: quello le cui proprietà conduttrici sono determinate da impurezze droganti, in concentrazione controllata (v. sopra). ◆ [FSD] [EMG] S. ferroelettrico: v. piezoelettricità: IV 508 b. ◆ [FSD] [EMG] S. intrinseco: un s. elementare puro, come, per es., il germanio o il silicio. ◆ [FSD] [EMG] S. ionico: v. semiconduttori amorfi: V 149 a. ◆ [FSD] [EMG] S. iperdrogato: v. semiconduttore: V 144 c. ◆ [FSD] [EMG] S. misti: v.: semiconduttori misti. ◆ [FSD] [EMG] S. n: un s. estrinseco drogato con impurezze donatrici, in modo che le cariche libere maggioritarie in esso sono elettroni (con carica elettrica negativa, donde il simb. n). ◆ [FSD] [EMG] S. non degenere: v. semiconduttore: V 142 e. ◆ [FSD] [EMG] S. p: un s. estrinseco drogato con impurezze accettrici, in modo che le cariche libere maggioritarie in esso sono buche elettroniche. ◆ [FSD] [EMG] S. ternario e multinario: v. semiconduttori misti: V 154 b. ◆ [FSD] [EMG] S. III-V: s. estrinseci costituiti da composti intermetallici di germanio e silicio con elementi dei gruppi III (accettori) e V (donatori) del Sistema periodico degli elementi: v. semiconduttore: V 141 b.