Dispense del corso di Elementi di Fisica della Materia - Skuola.net

112 CAPITOLO 6. STRUTTURA DELLA MATERIA
rame si ha σ 10 7 Ω −1 m −1 ). In particolare, dato che la conducibilità è
proporzionale alla concentrazione dei portatori di carica, essa aumenta con
la temperatura, al contrario dei metalli.
Semiconduttori estrinseci
I semiconduttori intrinseci presentano una conducibilità troppo bassa ed inoltre
essa dipende criticamente dalla temperatura. Per tali scopi essi non sono
adatti per l’industria elettronica. Per migliorare le loro prestazioni si
immettono in modo controlato impurità, allo scopo di aumentare la concentrazione
di elettroni o lacune. Tale operazione viene definita drogaggio
(inglese doping), e il semiconduttore diventa estrinseco. Esistono due tipi
di drogaggio, a seconda che venga aumentata la concentrazione di elettroni o
lacune. Nel primo caso saremo in presenza di drogaggio di tipo n (negativo),
nel secondo caso di tipo p (positivo).
Nel drogaggio di tipo n, si introducono, al momento della produzione,
nel cristallo del semiconduttore, atomi di un elemento del V gruppo della
tavola periodica. Siccome essi sono pentavalenti (fosforo, arsenico, antimonio),
ossia hanno cinque elettroni disponibili per formare legami, di fronte ai
quattro dei semiconduttori, tetravalenti, un elettrone per ogni atomo pentavalente
rimane non legato. Tale elettrone si posiziona su un livello di energia
isolato appena poco sotto il fondo della banda di conduzione e per effetto dell’eccitazione
termica passerà immediatamente alla banda di conduzione. Di
conseguenza la concentrazione di elettroni derivanti dagli atomi pentavalenti
supera di gran lunga quella degli elettroni intrinseci eccitati termicamente, e
si avrà una corrente dovuta in modo preponderante ad essi. Quindi potremo
scrivere
J = endµe E σ = endµe,
laddove nd è la concentrazione di donori, ossia di atomi pentavalenti che
donano, uno ciascuno, elettroni alla banda di conduzione.
Nel drogaggio di tipo p, si introducono, al momento della produzione,
nel cristallo del semiconduttore, atomi di un elemento del III gruppo della
tavola periodica. Siccome essi sono trivalenti (boro, indio, gallio), ossia
hanno tre elettroni disponibili per formare legami, di fronte ai quattro dei
semiconduttori, tetravalenti, per ogni atomo trivalente rimane un orbitale
vuoto, ossia una lacuna. Tale lacuna si posiziona su un livello di energia
isolato appena poco sopra la sommità della banda di valenza e per effetto
dell’eccitazione termica un elettrone della banda di valenza passerà immediatamente
a tale livello (orbitale), liberando così una lacune nella banda di
valenza disponibile per la conduzione di corrente. Di conseguenza la concentrazione
di lacune derivanti dagli atomi trivalenti supera di gran lunga