Quali sono i diversi tipi di materiale a semiconduttore?

I semiconduttori sono componenti essenziali dei moderni dispositivi elettronici, così come uno dei mattoni fondamentali della tecnologia moderna.Per essere adatto come materiale a semiconduttore, una sostanza deve avere conducibilità elettrica che si trova tra quella degli isolanti, che conducono pochissima elettricità e conduttori, che consentono all'elettricità di fluire molto facilmente.La maggior parte dei materiali a semiconduttore sono solidi inorganici cristallini, sebbene esistano anche semiconduttori realizzati in solidi e liquidi amorfi.I materiali a semiconduttore comune includono silicio, arsenuro di gallio e nitruro di gallio, sebbene esistano anche altri.Oltre a questi materiali primari, i semiconduttori spesso contengono anche piccole quantità di altre sostanze, note come droganti.

Una conduttività a semiconduttore può essere aumentata sottoponendolo a energia elettrica, campi magnetici o altri stimoli che aumentano i livelli di energia dei livelli di energiaElettroni di materiali, causando alcuni di loro di spostarsi dalla banda di valenza a bassa energia alla banda di conduzione meno affollata e meno affollata.Ciò consente agli elettroni energizzati di muoversi attraverso il materiale più liberamente creando lacune caricate positivamente nella banda di valenza chiamate fori elettronici.Ciò consente all'elettricità di fluire attraverso il semiconduttore.Manipolando una conduttività dei semiconduttori, può essere utilizzato come interruttore.I semiconduttori sono anche utilizzati per la generazione di energia solare e i sensori di rilevamento della luce, poiché possono produrre un flusso di corrente elettrica se opportunamente eccitati dai fotoni di luce in entrata.

Il materiale a semiconduttore più comunemente usato è il silicio, il 14 ° elemento sulla tavola periodicae uno degli elementi più comuni nella crosta terrestre.La maggior parte dei semiconduttori di silicio ha una struttura cristallina regolare in cui sono disposti i loro atomi, ma si può anche usare il silicio non cristallino o amorfo.I semiconduttori di silicio amorfo hanno prestazioni inferiori rispetto al silicio cristallino, ma il silicio amorfo può essere depositato in strati molto più sottili, il che può ridurre il costo del materiale.

Il prossimo materiale a semiconduttore più comune è l'arsenuro di gallio composto (GAAS).L'arsenuro di gallio è superiore al silicio sotto diversi aspetti, come una commutazione più rapida e una maggiore resistenza al calore.È anche più costoso e più difficile da elaborare, tuttavia, e quindi di solito viene utilizzato solo per applicazioni in cui il silicio è inadeguato.Soffre anche di un maggiore consumo di energia.L'arsenuro di gallio è comunemente usato per scopi come l'elettronica ad alta velocità e le celle fotovoltaiche ad alta efficienza.

Un altro composto di gallio usato per i semiconduttori è il nitruro di gallio (GAN), che può funzionare a temperature e tensioni molto elevate e quindi è spesso usato perApplicazioni che coinvolgono microonde.Il nitruro di gallio è anche usato in diodi a emissione di luce (LED) e diodi laser ad alta frequenza, nonché alcuni radar militari.Può anche essere combinato con un altro materiale a semiconduttore, nitruro di indio (locanda), per produrre una miscela chiamata nitruro di gallio indio.Il nitruro di indio gallio è comunemente usato nei LED e può anche essere un materiale estremamente efficiente per le celle solari.

I semiconduttori contengono spesso piccole quantità di droganti per alterare le loro proprietà conduttive in base alla loro funzione.I droganti comuni nel silicio includono elementi boro, fosforo e arsenico.L'arsenuro di gallio e il nitruro di gallio drogati con metalli come il manganese hanno sia proprietà semiconduttori che ferromagnetiche.