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venerdì 11 febbraio 2011

Conduttori elettrici, semiconduttori ed isolanti




Fonte immagine: http://www.microst.it/tutorial/images/semico1.gif



I conduttori metallici si possono considerare costituiti da un reticolo entro il quale si può muovere, pressoché liberamente, un "gas di elettroni" originato dal fatto che più elettroni appartenenti alle orbite più esterne dei singoli atomi, quando questi si avvicinano per costituire un cristallo metallico, si svincolano pressoché totalmente dal proprio atomo originario.
Quanto detto ha fornito un'interpretazione microscopica della conducibilità elettrica di un metallo mediante un modello nel quale gli elettroni si devono considerare praticamente liberi e possono essere trattati secondo le leggi della fisica classica. Questo stato di libertà è tipico degli elettroni esterni degli atomi che creano legami metallici ma non è applicabile agli elettroni degli atomi che stabiliscono fra loro legami ionici o covalenti. Questi tipi di legame bloccano in certo modo gli elettroni intorno agli atomi creando ottetti stabili e quindi sono caratteristici di sostanze che, in condizioni normali, si presentano come isolanti.
Per quanto riguarda i semiconduttori riportiamo le definizioni estratte da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
"I semiconduttori sono materiali che hanno una resistività (o anche una conducibilità) intermedia tra i conduttori e gli isolanti. Essi sono alla base di tutti i principali dispositivi elettronici e microelettronici a stato solido quali i transistor, i diodi e i diodi ad emissione luminosa (LED). Le proprietà dei semiconduttori diventano interessanti se vengono opportunamente drogati con impurità. Le loro caratteristiche quali resistenza, mobilità, concentrazione dei portatori di carica sono importanti per determinare il campo di utilizzo.
I semiconduttori estrinseci o drogati sono quei semiconduttori ai quali vengono aggiunte impurità tramite il processo di drogaggio. Piccole percentuali di atomi diversi aumentano le proprietà di conduzione del semiconduttore: per quanto detto sui legami dei semiconduttori intrinseci, sappiamo che questi hanno legami tetravalenti cioè ogni atomo è legato ad altri quattro atomi dello stesso tipo nel reticolo cristallino, ciò è dovuto all'esistenza di quattro elettroni di valenza degli atomi (silicio, germanio) del semiconduttore. Aggiungendo atomi pentavalenti cioè che hanno cinque elettroni di valenza entro il conduttore (fosforo, arsenico, antimonio) si ha un aumento di elettroni di conduzione: questo tipo di drogaggio viene chiamato drogaggio di tipo n.
Se invece aggiungiamo atomi trivalenti al semiconduttore cioè atomi che hanno tre elettroni di valenza nei livelli energetici più esterni (boro, gallio, indio), questi creano delle cosiddette trappole per gli elettroni, cioè creano legami che non sono stabili entro il conduttore e attraggono gli elettroni liberi in modo da stabilizzarsi. A tutti gli effetti, l'assenza di elettroni all'interno del reticolo cristallino di un semiconduttore può essere considerata come una presenza di una carica positiva detta lacuna che viaggia entro il conduttore esattamente come l'elettrone (ovviamente tenendo conto della carica). Questo tipo di drogaggio viene chiamato drogaggio di tipo p.
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