SEMICONDUTTORI ESTRINSECI

La conducibilità elettrica dei semiconduttori può essere opportunamente fatta variare attraverso un processo di drogaggio (doping) , che consiste nell’introduzione di impurezze nella struttura del semiconduttore originale. Possiamo ottenere in tal modo quelli che vengono considerati semiconduttori estrinseci o appunto semiconduttori drogati.

Ci siamo già occupati dei semiconduttori intrinseci nel precedente articolo, dove abbiamo analizzato il caso del silicio : se puro a sufficienza, la conducibilità elettrica misurata è esclusivamente dovuta ad elettroni disponibili alla conduzione originati da rottura di legami, con conseguente formazione di coppie di trasportatori elettrone-lacuna in numero proporzionale alla temperatura.

Facendo ancora riferimento al silicio, i semiconduttori estrinseci detti di tipo “n” (negativi) sono il risultato dell’introduzione di atomi pentavalenti (fosforo, per esempio) nella struttura cristallina della sostanza originale. Questo vuol dire che l’atomo-impurezza va a formare quattro legami covalenti con altrettanti atomi di silicio adiacenti, mentre un quinto elettrone rimane legato debolmente al solo atomo-impurezza. Proprio quest’elettrone è disponibile come elettrone di conduzione e la ionizzazione dell’atomo-impurezza porta a sua volta alla formazione di una carica positiva sullo stesso.

drogaggio del silicio con fosforo
Semiconduttori estrinseci n

Quindi semiconduttori drogati di tipo n vuol dire eccesso di cariche negative rispetto a quelle positive: infatti gli elettroni di conduzione derivanti dagli atomi-impurezza ionizzati vanno comunque sommati a quelli derivanti da eventuali rotture dei legami covalenti, come visto nei semiconduttori intrinseci.

Nel modello a bande questo si traduce in un ulteriore livello energetico presente dentro il band-gap, poco distante dalla banda di conduzione  (livello Fermi).

I semiconduttori estrinseci possono anche essere di tipo p (positivo). Li otteniamo introducendo nella struttura cristallina atomi-impurezza trivalenti (ad esempio il boro): questo si traduce nell’introduzione di lacune positive su tali atomi.

il boro come drogante accettore nel silicio
Semiconduttori estrinseci p

Quindi ogni atomo-impurezza può accettare elettroni da un atomo vicino, e la denominazione semiconduttore drogato p deriva da un eccesso di lacune che si traduce, nel modello a bande , in un livello energetico Fermi questa volta più vicino alla banda di valenza.

Possiamo concludere specificando che otteniamo buoni risultati con una concentrazione di impurezze comprese tra i 100 e i 1000 parti per milione , tali da rendere questi materiali delle soluzioni solide sostituzionali parecchio diluite.

Chimitutor -16 Agosto 2017