Elettronica industriale: i materiali semiconduttori

Nell’ambito della corrente elettrica, i materiali possono dividersi in isolanti e conduttori: i secondi hanno una grande quantità di elettroni liberi, vale a dire che non sono strettamente vincolati a dei nuclei degli atomi che costituiscono il materiale stesso. Esiste, però, anche una categoria molto particolare di materiali, i quali sono definiti “semiconduttori” che sono diventati molto importanti da quando con essi si realizzano diversi componenti elettronici (ad esempio i transistori). I materiali semiconduttori possono assumere lo stato cristallino, con gli atomi che vengono disposti secondo uno schema ben preciso. Allo stato purissimo e a bassa temperatura, sono praticamente degli isolanti, visto che hanno tutti gli elettroni legati ai rispettivi atomi.

A temperature relativamente alte la loro conducibilità cresce, dato che l’energia termica strappa dagli atomi alcuni elettroni, creando nel cristallo stesso non solo degli elettroni liberi, ma anche delle “lacune”, ovvero dei posti elettronici liberi. Queste lacune contribuiscono anch’esse alla conduzione, se non altro per il loro utilizzo che viene realizzato dagli elettroni non liberi per lo spostamento da un atomo all’altro. Il materiale semiconduttore che viene maggiormente utilizzato nell’elettronica industriale è senza dubbio il silicio; in passato, esso è stato sfruttato anche il germanio e per le applicazioni particolari l’arseniuro di gallio.

La conducibilità dei materiali semiconduttori viene decisamente aumentata dall’aggiunta di anche minime quantità di altri materiali, i cosiddetti “droganti”, i quali possono sistemarsi facilmente nel reticolo cristallino, andando a sostituire un atomo dello stesso materiale semiconduttore e che portano un elettrone libero (ad esempio il fosforo), creando in questo modo una lacuna. La fabbricazione industriale dei materiali semiconduttori per l’elettronica parte dai relativi metalli: da questi, poi, si ottiene per via chimica il materiale allo stato puro. Il drogaggio richiederà meno di un atomo di drogante ogni milione di atomi del semiconduttore: si capisce quindi per quale motivo sia richiesta una elevata purezza.