Semiconduttori

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I semiconduttori sono materiali che hanno una resistività intermedia tra i conduttori e gli isolanti. I semiconduttori sono alla base di tutti i principali dispositivi elettronici e microelettronici quali i transistor, i diodi e i diodi ad emissione luminosa (LED). Le proprietà dei semiconduttori diventano interessanti se vengono opportunamente drogati con impurità. Le loro caratteristiche quali resistenza, mobilità, concentrazione dei portatori di carica sono importanti per determinare il campo di utilizzo. La risposta di un semiconduttore a una portante dipende dalle sue caratteristiche intrinseche e da alcune variabili esterne come la temperatura.

Livelli energetici nei solidi

La principale caratteristica dei solidi è la distribuzione di livelli energetici in bande separate da intervalli proibiti. Nei conduttori vi è la possibilità per gli elettroni di accedere a livelli vuoti ricevendo energia da un campo elettrico esterno; questo comporta una densità di corrente concorde al campo. Consideriamo la configurazione a bande di conduzione. Nei conduttori l'ultima banda non è completamente riempita e quindi esistono livelli permessi non vuoti e accessibili. Questa banda è la banda di conduzione. Gli elettroni delle bande inferiori, che sono tutte piene, non acquistano energia e non influiscono nel processo di conduzione. L'ultima banda piena si chiama banda di valenza. La configurazione delle bande di conduzione, non è l'unica che permetta di avere proprietà di conduzione. Può accadere che l'ultima banda completamente piena si sovrapponga a quella successiva semivuota. Questa sovrapposizione spiega perchè, ad esempio, il magnesio ha una buona conducibilità elettrica pur avendo la banda di conduzione vuota come gli isolanti. Nel Mg la banda di conduzione (orbitali 3p) è vuota ma non c'è il gap energetico con la banda di valenza piena 3s perchè questa "sale" a coprire parte della banda 3p. Non sono conduttori i solidi refrattari in cui l'ultima banda contenente elettroni è completamente piena e non è sovrapposta alla banda successiva. Questa è la configurazione che caratterizza gli isolanti e i semiconduttori. L'ampiezza della zona proibita è definita energia di gap E_g e varia per ogni solido.

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