Nozioni di Base sui Semiconduttori

Esiste una variazione nella conduttività elettrica dei materiali: metalli, semiconduttori e isolanti che vengono mostrati con l'aiuto dei diagrammi delle bande di energia.

Metalli come rame (Cu), zinco (Zn) o piombo (Pb) hanno una bassa resistività e presentano bande di conduzione che non sono completamente occupate o si sovrappongono alla banda di valenza, rendendo inesistente la banda proibita. Ciò consente agli elettroni nei livelli energetici più alti della banda di valenza, di passare facilmente alla banda di conduzione dopo aver ottenuto un'energia cinetica minima da un campo elettrico applicato. Di conseguenza, con molti stati disponibili vicini a quelli pieni, i metalli agevolano il facile flusso di corrente elettrica.

I semiconduttori hanno una banda di valenza piena e una banda di conduzione vuota, separate da un piccolo intervallo di banda, dell'ordine di 1 eV, che consente ad alcuni elettroni di valenza, di essere eccitati termicamente nella banda di conduzione a temperatura ambiente. Ciò si traduce in un numero moderato di portatori di carica, rendendo i semiconduttori più conduttivi degli isolanti ma meno dei metalli. L'energia di banda proibita varia per i semiconduttori, come 1,12 eV per il silicio (Si) e 1,42 eV per l'arseniuro di gallio (GaAs).

Negli isolanti come SiO2, la banda di valenza è piena di elettroni e la banda di conduzione è vuota. Gli isolanti hanno un ampio intervallo di banda, che rende difficile l'eccitazione degli elettroni di valenza dalla banda di conduzione a temperatura ambiente. Questo perché gli elettroni di valenza negli isolanti sono coinvolti in forti legami covalenti e richiedono una notevole energia per rompersi. Un ampio divario energetico separa le bande di valenza piena e quelle di conduzione vuote, e l'energia termica a temperatura ambiente è insufficiente per eccitare gli elettroni attraverso questo divario. Di conseguenza, sono disponibili pochissimi elettroni per la conduzione e il materiale non può condurre efficacemente la corrente elettrica.