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Drogaggio del semiconduttore.

La banda di valenza è quella a più elevata energia tra i livelli energetici occupati da
elettroni, e la banda di conduzione è quella a più bassa energia tra i livelli energetici
NON occupati da elettroni (ma sempre superiori a quelli della banda di valenza).
In un solido, se banda di valenza e banda di conduzione sono adiacenti o
parzialmente sovrapposte si parla un CONDUTTORE.
Negli isolanti, al contrario, le due bande sono separate da un gap di energia molto
elevato, di valore ∆E ≈ 5 eV.
Infine, nel caso in cui le bande di valenza e di conduzione (cioè la ragione di energie
proibite) siano separate da un ∆E ≈ 1 eV, tali materiali hanno delle proprietà
intermedie tra conduttori ed isolanti e vengono perciò detti semiconduttori.
Nei conduttori, le bande di valenza e di conduzione sono adiacenti o parzialmente sovrapposte, il che significa che non c'è un gap proibito di energie. Gli elettroni possono facilmente muoversi tra le due bande, rendendo il materiale un buon conduttore di elettricità.
Negli isolanti, le bande di valenza e di conduzione sono separate da un gap di energia molto elevato, rendendo difficile il passaggio degli elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Questo porta a una bassa conducibilità elettrica.
Nei semiconduttori, le bande di valenza e di conduzione sono separate da un gap di energia moderatamente piccolo. Questo gap può essere superato fornendo energia esterna, come attraverso l'applicazione di un campo elettrico o l'aggiunta di impurità al materiale. I semiconduttori intrinseci, come il germanio e il silicio, hanno gap di energia che li collocano tra conduttori e isolanti.
Nel caso in cui gli elettroni di valenza ricevano una sufficiente quantità di energia
salteranno nella banda di conduzione e saranno liberi di muoversi in un flusso
elettronico.in un semiconduttore intrinseco il numero delle lacune è UGUALE a
quello di elettroni liberi.
Struttura atomica: Gli atomi di silicio e germanio sono tetravalenti, con quattro elettroni di valenza che formano legami covalenti con atomi vicini, completando così l'ottetto elettronico. Questi atomi si dispongono in una struttura regolare e uniforme chiamata reticolo cristallino.
Conducibilità: A causa della forte legatura degli elettroni di valenza al nucleo, la conducibilità dei semiconduttori è inizialmente bassa. Tuttavia, al crescere della temperatura, l'energia termica fornisce agli elettroni sufficiente energia per superare il gap di energia e saltare nella banda di conduzione, rendendo il materiale più conduttivo.
Semiconduttori intrinseci: In un semiconduttore intrinseco, il numero di lacune (vuoti nella banda di valenza) è uguale al numero di elettroni liberi (nella banda di conduzione). A temperatura ambiente, a causa dell'agitazione termica, si creano costantemente nuove coppie lacuna-elettrone attraverso la rottura dei legami covalenti e la promozione degli elettroni alla banda di conduzione, mentre altre coppie possono ricombinarsi. Di conseguenza, la concentrazione di lacune è uguale a quella degli elettroni.
In sintesi, il processo di diffusione avviene a causa della non uniformità della concentrazione di cariche nel materiale semiconduttore, provocata dall'agitazione termica che porta a un moto casuale delle lacune e degli elettroni. A causa di questo moto casuale, ci saranno più lacune o elettroni sul lato con una maggiore concentrazione rispetto al lato con una minore concentrazione.
Questo porta alla diffusione dei portatori di carica in modo da ridurre il gradiente di concentrazione nel materiale, generando una corrente elettrica diretta in modo opposto al gradiente di concentrazione. Questa corrente è nota come corrente di diffusione.
Quando il silicio e il germanio sono estremamente puri, hanno una conducibilità elettrica molto bassa. Tuttavia, introducendo specifiche impurità, come atomi trivalenti o pentavalenti, la conducibilità aumenta notevolmente. Questo processo è chiamato drogaggio del semiconduttore.

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