Semiconduttore

Un semiconduttore è un materiale che in alcuni casi conduce l'elettricità, ma non in altri. I buoni conduttori elettrici, come il rame o l'argento, permettono facilmente all'elettricità di fluire attraverso di essi. I materiali che bloccano il flusso di elettricità, come la gomma o la plastica, sono chiamati isolanti. Gli isolatori sono spesso usati per proteggere le persone dalle scosse elettriche. Come suggerisce il nome, un semiconduttore non conduce così bene come un conduttore. Il silicio è il semiconduttore più usato, ma si usa anche l'arseniuro di gallio.

Con l'aggiunta di diversi atomi nel reticolo cristallino (griglia) del semiconduttore, esso cambia la sua conducibilità realizzando semiconduttori di tipo n e di tipo p. Il silicio è il più importante semiconduttore commerciale, anche se molti altri sono utilizzati. Possono essere trasformati in transistor, che sono piccoli amplificatori. I transistor sono utilizzati nei computer, nei telefoni cellulari, nei lettori audio digitali e in molti altri dispositivi elettronici.

Come altri solidi, gli elettroni nei semiconduttori possono avere energie solo all'interno di determinate bande (cioè intervalli di livelli di energia) tra l'energia dello stato di massa, corrispondente agli elettroni strettamente legati ai nuclei atomici del materiale, e l'energia dell'elettrone libero, che è l'energia necessaria perché un elettrone esca completamente dal materiale.

Componenti elettronici a semiconduttore

Storia

I semiconduttori sono stati studiati in laboratorio già nel 1830. Nel 1833 Michael Faraday stava sperimentando il solfuro d'argento. Scoprì che, riscaldando il materiale, conduceva meglio l'elettricità. Questo era l'opposto di come si comportava il rame. Quando il rame viene riscaldato conduce meno elettricità. Un certo numero di altri primi sperimentatori scoprirono altre proprietà dei semiconduttori. Nel 1947 presso i Bell Labs nel New Jersey, il transistor fu inventato. Questo portò allo sviluppo di circuiti integrati, che oggi alimentano quasi tutti i dispositivi elettronici.

Semiconductor-doping

Doping

Il doping è il processo che consiste nell'aggiungere una piccola impurità a un semiconduttore puro per modificarne le proprietà elettriche. I semiconduttori leggermente e moderatamente drogati sono chiamati estrinseci. Un semiconduttore drogato a livelli così elevati che si comporta più come un conduttore che non come un semiconduttore viene definito degenerato. La maggior parte dei semiconduttori sono costituiti da cristalli di silicio. Il silicio puro ha poco uso, ma il silicio drogato è la base per la maggior parte dei semiconduttori. Silicon Valley è stata nominata per il gran numero di società di start-up di semiconduttori che vi si trovavano.

I semiconduttori oggi

Oggi i semiconduttori sono usati in lungo e in largo. I semiconduttori si trovano in quasi tutti i dispositivi elettronici. I computer da tavolo, Internet, i tablet, gli smartphone non sarebbero possibili senza i semiconduttori. I semiconduttori possono essere trasformati in interruttori molto precisi con una piccola quantità di tensione. Il voltaggio di cui il semiconduttore non ha bisogno può essere inviato ad altri componenti elettrici del dispositivo. I semiconduttori possono anche essere resi molto piccoli e molti di essi possono essere inseriti in un circuito piuttosto piccolo. Poiché possono essere resi così piccoli, i dispositivi elettrici oggi possono essere resi sottili e leggeri senza compromettere la potenza di elaborazione. Alcune delle aziende dominanti nel settore dei semiconduttori sono Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm e Micron Technology.

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Domande e risposte

D: Che cos'è un semiconduttore?

R: Un semiconduttore è un materiale che in alcuni casi conduce l'elettricità, ma non in altri. Non conduce bene come i buoni conduttori elettrici come il rame o l'argento, e non blocca il flusso di elettricità come gli isolanti come la gomma o la plastica.

D: Cosa sono i semiconduttori di tipo n e di tipo p?

R: I semiconduttori di tipo N e di tipo p vengono creati aggiungendo atomi diversi nel reticolo cristallino (griglia) del semiconduttore, che ne modifica la conduttività.

D: Per cosa viene utilizzato il silicio?

R: Il silicio è il più importante semiconduttore commerciale e può essere trasformato in transistor, che sono piccoli amplificatori utilizzati in computer, telefoni cellulari, lettori audio digitali e molti altri dispositivi elettronici.

D: Quali altri materiali sono utilizzati come semiconduttori?

R: Oltre al silicio, anche l'arseniuro di gallio viene utilizzato come semiconduttore.

D: Come si comportano gli elettroni in un materiale solido?

R: Gli elettroni nei materiali solidi possono avere energie solo all'interno di determinate bande (cioè intervalli di livelli energetici) tra l'energia dello stato fondamentale, che corrisponde agli elettroni strettamente legati ai nuclei atomici del materiale, e l'energia dell'elettrone libero, che è l'energia necessaria a un elettrone per fuggire completamente dal materiale.

D: Perché gli isolanti sono spesso utilizzati per proteggere le persone dalle scosse elettriche?

R: Gli isolanti bloccano il flusso di elettricità, quindi possono essere utilizzati per proteggere le persone dalle scosse elettriche, impedendo che una corrente elettrica li attraversi.

D: Come funzionano i transistor?

R: I transistor agiscono come piccoli amplificatori che prendono un segnale in ingresso e lo amplificano prima di emetterlo ad un livello superiore a quello originariamente immesso.