Tipi e classificazioni dei materiali per semiconduttori

Descrizione

I materiali semiconduttori sono essenziali per l'elettronica moderna. Vengono utilizzati per la creazione di vari dispositivi, come transistor, diodi e circuiti integrati. Questo blog post tratterà gli aspetti fondamentali dei semiconduttori, tra cui la loro classificazione, il principio di funzionamento e i diversi tipi utilizzati oggi nelle industrie.

Che cos'è un semiconduttore?

Un semiconduttore è un materiale che presenta una conducibilità elettrica intermedia tra quella di un conduttore e quella di un isolante. Ciò significa che, in determinate condizioni, i semiconduttori possono condurre elettricità, ma non sono conduttori come i metalli. I materiali semiconduttori più noti sono il silicio (Si)e il germanio (Ge), le cui proprietà li rendono essenziali nella produzione di componenti elettronici come microchip, celle solari e diodi a emissione luminosa (LED).

Le proprietà conduttive dei semiconduttori possono essere modificate introducendo impurità, un processo noto come drogaggio. Aggiungendo diversi tipi di droganti, si può controllare la conduttività elettrica del materiale, rendendo possibile la creazione di caratteristiche elettriche specifiche per diverse applicazioni.

Come funzionano i semiconduttori?

I semiconduttori si basano sul comportamento di elettroni e buchi per condurre l'elettricità. Allo stato puro, un semiconduttore ha pochi elettroni liberi per condurre l'elettricità. Tuttavia, introducendo impurità (droganti), è possibile aumentare il numero di elettroni liberi o di buchi (l'assenza di un elettrone).

Quando si applica una tensione esterna a un semiconduttore, gli elettroni si spostano verso il lato positivo, mentre le buche si spostano verso il lato negativo. Questo movimento crea una corrente elettrica. Questo è il principio di funzionamento di base di diodi, transistor e altri dispositivi basati sui semiconduttori.

Tipi di semiconduttori

Esistono due tipi principali di semiconduttori: intrinseci ed estrinseci.

Semiconduttori intrinseci: Sono materiali puri che non sono stati drogati con impurità. La conducibilità dei semiconduttori intrinseci dipende dalla temperatura e allo zero assoluto non conducono elettricità.

Semiconduttori estrinseci: Sono semiconduttori che sono stati intenzionalmente drogati con impurità per aumentarne la conduttività. Il processo di drogaggio aggiunge elettroni liberi o buchi al materiale, a seconda del tipo di drogante utilizzato. I semiconduttori estrinseci possono essere ulteriormente classificati in due tipi:

• Tipo N (tipo negativo): questi semiconduttori sono drogati con elementi che forniscono elettroni extra, aumentandone la conduttività.
• Tipo P (tipo positivo): questi semiconduttori sono drogati con elementi che creano buchi, aumentando così la conduttività.

Gruppi di materiali semiconduttori

I materiali semiconduttori sono generalmente raggruppati in base alla loro natura elementare o composta. Alcuni dei gruppi principali sono:

Semiconduttori elementari: Comprendono materiali come il silicio (Si) e il germanio (Ge), che sono elementi puri e i più comuni nella produzione di semiconduttori.

Semiconduttori composti: Sono costituiti da due o più elementi e sono spesso utilizzati per applicazioni specifiche come l'optoelettronica, come l'arseniuro di gallio (GaAs) e il fosfuro di indio (InP).

Semiconduttori organici: Questi materiali si basano su composti contenenti carbonio e sono utilizzati nell'elettronica flessibile, nei diodi organici ad emissione di luce (OLED) e nelle celle solari organiche.

Semiconduttori in lega: Sono composti da due o più elementi in proporzioni variabili per creare semiconduttori con proprietà elettriche specifiche. Ad esempio, l'arseniuro-fosfuro di gallio (GaAsP) è utilizzato nei LED.

Elenco dei materiali semiconduttori

Ecco un elenco dei materiali semiconduttori comunemente utilizzati:

Questi materiali vengono selezionati in base alle loro specifiche proprietà elettriche, ottiche e termiche e sono utilizzati in applicazioni che vanno dall'elettronica di tutti i giorni a tecnologie avanzate come laser e celle solari.

Ulteriori letture: L'elenco essenziale dei materiali elettronici

Domande frequenti

Di cosa sono fatti i semiconduttori?
I semiconduttori sono generalmente costituiti da elementi come il silicio (Si), il germanio (Ge) e materiali composti come l'arseniuro di gallio (GaAs) e il fosfuro di indio (InP).

In cosa si differenziano i semiconduttori dagli isolanti e dai conduttori?
I semiconduttori hanno una conducibilità intermedia tra gli isolanti (che non conducono l'elettricità) e i conduttori (che consentono un facile flusso di elettricità). La loro conduttività può essere controllata attraverso il drogaggio.

Che cos'è il drogaggio nei semiconduttori?
Il drogaggio è il processo di aggiunta di impurità a un materiale semiconduttore per modificarne le proprietà elettriche. Questo processo è essenziale per creare diversi tipi di semiconduttori, come quelli di tipo N e di tipo P.

Quali sono le applicazioni dei semiconduttori?
I semiconduttori sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui transistor, diodi, microchip, celle solari e diodi a emissione luminosa (LED).

A cosa servono i semiconduttori composti?
I semiconduttori composti come l'arseniuro di gallio (GaAs) e il nitruro di gallio (GaN) sono utilizzati nell'elettronica ad alta velocità, nell'optoelettronica e nei dispositivi di potenza grazie alle loro proprietà elettriche e ottiche superiori.