Corrente continua

Semiconduttori

I semiconduttori sono materiali che hanno una resistività intermedia tra quella dei conduttori e quella degli isolanti. Come si può vedere dalla tabella, i semiconduttori più noti sono il silicio e il germanio.

MaterialeResistività (Ω m)
(20 °C)
MaterialeResistività (Ω m)
(20 °C)
Argento1,6 10-8Carbonio3500
Rame1,7 10-8Germanio6 103
Alluminio2,8 10-8Silicio2,3 109
Ferro13 10-8Ambra5 1020
Acciaio18 10-8Zolfo1021
Costantana49 10-8Legnofino a 1017

A differenza di quel che avviene nei metalli, nei semiconduttori la resistività diminuisce con l'aumentare della temperatura. L'interpretazione microscopica di questo fenomeno sta nel fatto che nei semiconduttori, che sono in genere elementi di valenza 4, gli elettroni più esterni non sono liberi come nei metalli, ma sono elettroni di valenza che servono a collegare gli atomi tra di loro all'interno del reticolo cristallino. In assenza di agitazione termica (allo zero assoluto), nessun elettrone del semiconduttore sarebbe libero di muoversi e il materiale sarebbe un isolante perfetto.

L'aumento di temperatura aumenta l'agitazione e quindi la probabilità che alcuni legami si possano rompere, liberando gli elettroni che passano così in conduzione. Se ad un cristallo di semiconduttore si applica una differenza di potenziale, gli elettroni passati in conduzione si dirigono verso il potenziale più alto, dando origine ad una corrente elettrica.

Un semiconduttore riscaldato conduce meglio.

Anche gli elettroni di valenza che non hanno acquistato energia sufficiente per liberarsi risentono del campo elettrico esterno e possono compiere dei piccoli salti per occupare i posti lasciati liberi (buche) dagli elettroni passati in conduzione.

quindici (7K)

Per spiegare meglio il fenomeno si può fare un'analogia con il gioco del 15 in cui un quadratino può spostarsi nel posto vuoto e conseguentemente il posto vuoto si sposta in senso inverso.

Nei semiconduttori, in definitiva, si creano due correnti: quella degli elettroni liberi ad energia più elevata nella banda di conduzione e quella degli elettroni della banda di valenza ad un livello più basso di energia. Il moto nella banda di valenza viene visto come un moto di buche verso il potenziale più basso: le buche sono da considerarsi come cariche positive.

Aumentando la temperatura aumenta anche il numero n degli elettroni liberi e, conseguentemente, quello p delle buche, anche se continua a valere la relazione n = p perchè ad ogni elettrone libero corrisponde una buca. Si può aumentare la conducibilità dei semiconduttori con una operazione detta di drogaggio che consiste nell'aggiungere al cristallo delle impurità, cioè piccole quantità di elementi di valenza 5 (drogaggio di tipo n) o di valenza 3 (drogaggio di tipo p). Un drogaggio di tipo n è caratterizzato da un maggior numero di elettroni liberi (n > p), uno di tipo p è caratterizzato da un maggior numero di buche (p > n).


Copyleft Ludovica Battista

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