Drogaggio nei semiconduttori

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Data:	02.07.2007
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DROGAGGIO NEI SEMICONDUTTORI
Le caratteristiche elettriche dei semiconduttori possono essere variate e controllate aggiungendo piccole quantità di impurità, dette sostanze droganti. Quest’operazione è detta drogaggio (doping) ed i semiconduttori così ottenuti sono denominati semiconduttori drogati o semiconduttori estrinseci. Solitamente si droga soprattutto per aumentare la conducibilità del semiconduttore. I semiconduttori possono essere così drogati di due tipi: di tipo n e di tipo p.
Drogaggio di tipo n
Da semiconduttori intrinseci si ottengono semiconduttori di tipo n aggiungendo ad essi impurità di elementi pentavalenti (cinque elettroni di valenza), come il fosforo (P), l’arsenico (As), l’antimonio (Sb). Gli atomi di tali impurità sono così detti atomi donatori, in quanto donano elettroni. Quattro degli elettroni esterni di un atomo donatore nel cristallo di silicio, ad esempio, si legano ad altrettanti atomi silicio, mentre il quinto elettrone diviene libero. L’atomo donatore diviene così uno ione positivo, in quanto ha donato elettroni, ed ad un suo elettrone, quello libero, non corrisponde una lacuna.

Esempio:
Se la concentrazione intrinseca è pari a 1010 e la concentrazione di atomi donatori è pari all’incirca a 1016, quanto sarà la concentrazione di lacune?
La concentrazione di elettroni è quindi pari a:
Da cui diremo che la concentrazione di lacune è uguale a:
Drogaggio di tipo p
Da semiconduttori intrinseci si ottengono semiconduttori di tipo p aggiungendo ad essi impurità di elementi trivalenti (tre elettroni di valenza), come l’alluminio (Al), l’indio (In), il boro ( B), il gallio (Ga). Gli atomi di tali impurità sono così detti atomi accettori, in quanto prendono con sé elettroni. I tre elettroni dell’atomo accettare si legano ad altrettanti atomi di silicio. Tuttavia si ha una lacuna tra i legami covalenti, facilmente colmata da un elettrone appartenente ad uno dei legami vicini, che a sua volta lascia una lacuna nell’atomo di silicio che ha abbandonato. L’atomo accettore diventa così uno ione negativo e si è creata una lacuna mobile, libera, che può contribuire alla conduzione, senza la contemporanea formazione di un elettrone libero.

Esempio:
Se la concentrazione intrinseca è pari a 1010 e la concentrazione di atomi accettori è pari all’incirca a 1014, quanto sarà la concentrazione di elettroni?
La concentrazione di lacune è quindi pari a:
Da cui diremo che la concentrazione di elettroni è uguale a: