La definizione più elementare di un semiconduttore sarebbe un componente elettrico che conduce elettricità per una parte del tempo. L’elettricità è una parte essenziale della nostra vita quotidiana ed è presente praticamente ovunque. In ogni casa ci sono elettrodomestici, televisori, sistemi satellitari e una grande varietà di piccoli oggetti che funzionano con l’elettricità. Affinché questi oggetti funzionino, l’elettricità deve raggiungerli attraverso fili che permettono all’elettricità di fluire attraverso di loro. Un conduttore è semplicemente un materiale che ha la capacità di condurre l’elettricità necessaria. Anche i semiconduttori conducono elettricità, ma solo in misura minore rispetto ai conduttori regolari. La quantità di elettricità che viene condotta dipende dal tipo di materiale che viene utilizzato, nonché dalla sua miscela e dalle sue dimensioni. I semiconduttori sono fatti di materiali speciali che permettono una conduttività intermedia tra un isolante e un conduttore. Questo significa semplicemente che hanno alcune proprietà fisiche molto particolari che sono a metà strada tra gli isolanti come il vetro e l’alluminio come i conduttori. Un processo chiamato “drogaggio” è usato per aggiungere impurità ai semiconduttori puri che cambia letteralmente la conduttività del materiale.
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Cosa rende importanti i semiconduttori?
Per capire quanto sia importante il lavoro dei semiconduttori, è importante capire la differenza di base tra elettronica ed elettricità. Entrambi sono in qualche modo affiliati all’energia elettrica e possono generarla, trasferirla e utilizzarla. La differenza principale tra questi due è che l’elettricità si occupa fondamentalmente di utilizzare l’energia elettrica nelle applicazioni della vita reale come l’illuminazione, il riscaldamento o i motori. L’elettronica, d’altra parte, si occupa principalmente di applicazioni come il controllo della potenza o la comunicazione. Esempi di dispositivi elettronici sono i termostati, le radio o i controlli di velocità dei motori elettrici. La vera importanza di un semiconduttore è che può essere sia isolante che conduttore. Un semiconduttore può essere usato come conduttore o come isolante. Condizioni variabili possono influenzare la conduttività di un semiconduttore. Quando diversi tipi di semiconduttori sono combinati, possono generare proprietà elettriche speciali in vari dispositivi, permettendo il controllo di specifici segnali elettrici. I semiconduttori sono frequentemente usati nella produzione di dispositivi elettronici e di circuiti integrati.
Vari tipi di semiconduttori
Ci sono due categorie di base di semiconduttori: Estrinseci e Intrinseci. I semiconduttori intrinseci sono fatti di materiali molto puri e quindi sono conduttori molto poveri. I semiconduttori intrinseci hanno un numero uguale di portatori negativi e positivi chiamati rispettivamente elettroni e buchi. Un semiconduttore estrinseco è un semiconduttore in cui la conduttività è migliorata dall’aggiunta di impurità, il processo di doping. Il drogaggio può produrre due diverse categorie di semiconduttori: a carica negativa (tipo n) o a carica positiva (tipo p). I semiconduttori sono disponibili sia come composti che come elementi. I semiconduttori più comuni e fondamentali sono il silicio e il germanio. Entrambi i semiconduttori di silicio e germanio hanno una struttura cristallina chiamata “reticolo di diamante”. Questo significa che l’atomo è al centro e tutti i suoi vicini sono situati intorno agli angoli del tetraedro. Ci sono molti semiconduttori di elementi puri diversi, così come leghe e composti. I semiconduttori composti hanno qualche vantaggio nel fatto che possono fornire una gamma molto ampia di mobilità e gap energetici. Questo significa semplicemente che i materiali hanno qualità e proprietà che corrispondono a requisiti molto specifici. Per questo motivo, ci sono alcuni semiconduttori che sono considerati semiconduttori ad ampio band gap.
Perché le proprietà di un semiconduttore sono importanti?
I semiconduttori hanno numerose proprietà che i conduttori e gli isolanti non hanno. Queste proprietà sono definite dagli elettroni che sono in grado di saltare dalla banda di valenza alla banda di conduzione o viceversa. Una delle cose che possono influenzare un elettrone e dargli l’energia extra per fare il salto alla banda di conduzione è la temperatura. Questo naturalmente lascia anche un buco nella banda di valenza dove l’elettrone si trovava precedentemente. Anche la luce può essere un elemento che fornisce una spinta energetica per creare una coppia “elettrone-foro”. Questo processo è chiamato assorbimento. Quando la corrente in un semiconduttore aumenta a causa dell’assorbimento di fotoni, si parla di fotoconduttività. I fotoni hanno energie variabili. Il fotone è una particella associata alla luce che può comportarsi sia come onda che come particella.

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