Materiale pentru Industria Electronică și Electrotehnică

Semiconductorii sunt corpuri (substante) solide cristaline, cu o conductibilitate cuprinsa intre cea a metalelor si a dielectricilor 10-5*Ω*m <ρs< 1016* Ω*m, caracterizati printr-o latime a zonei interzise in jur de 3 eV

Teoria functionarii semiconductorilor s-a dezvoltat ca o consecinta directa a teoriei electronice a metalelor, cu care se completeaza reciproc. Totusi mecanismul aparitiei conductibilitatii in semiconductoare se deosebeste principial si calitativ de mecanismul aparitiei conductibilitatii in metale. Pe cand in metale exista electroni de conductie liberi care nu trebuie obtinuti printr-un anumit proces fizic, in semiconductori, electronii de conductie trebuie creati prin intermediul unui purtator de energie (temperatura, iradiere,etc.). De aceea, rezistenta semiconductorilor depinde de temperatura si se micsoreaza cu cresterea acesteia, iar coeficientul de crestere a rezistivitatii cu temperatura are totdeauna valori negative.

O alta deosebire esentiala dintre semiconductori si metale consta in numarul diferit de electroni din banda de energie, care la metale este foarte mare, pe cand la semiconductori numarul electronilor si golurile este considerabil mai mic si dependent de temperatura.

Electronii liberi se recruteza din electronii de valenta ai atomilor care sunt mai slab legati de nucleu In general electronilor de valenta le trebuie o energie pentru a iesi din atom si pentru a deveni liber. Este clar ca electronul liber are o energie si un nivel energetic mai mare decat electronul de valenta, Vom numi nivel energetic al electronului liber NIVEL DE CONDUCTIE ( deoarece electronii liberi determina conductibilitatea electrica a substantei) iar nivelul energetic al electronului de valenta NIVEL DE VALENTA.

Figura 1 : a) Niveluri de energie şi Benzi de energie;

b) la metale;c) semiconductoare;d) izolatoare.

Dar intr-un solid nivelurile de valenta, pe de o parte, si nivelurile de conductie, pe de alta parte, ale diversilor atomi nu sunt absolut egale, ci difera putin intre ele datorita faptului ca atomii interactioneaza. De aceea, intr-un solid vor exista tot atatea niveluri de valenta (v) foarte apropiate si tot atatea nivelurile de conductie (c) foarte apropiate cati atomi contine solidul. Totalitatea nivelurilor v din solid constituie o banda numita BANDA DE VALENTA(Bv), iar totalitatea nivelurilor c formeaza o alta banda numita BANDA DE CONDUCTIE(Bc).

Printre particularitatile caracteristice semiconductorilor se afla si mobilitatea purtatorilor de curent (electroni) care ating valori mari 80.000cm2/v la In.sb si 4.000cm2/v.s la Ge, pe cand in cazul metalelor mobilitatea electronilor de conductie nu depaseste cateva sute.

Dupa cum se vede, criteriul principal pentru clasificarea corpurilor solide in conductoare, semiconductoare si izolatoare il constituie latimea benzii de niveluri interzise.

In functie de modul cum se asigura conductia electronica, semiconductorii se clasifica in SEMICONDUCTORI INTRINSECI SI SEMICONDUCTORI EXTRINSECI.

Semiconductori intrinseci, cand conductia electrica este asigurata numai de miscarea electronilor din banda de conductie (Bc) si a golurilor din banda de valenta (Bv), aceste tipuri de purtatori de sarcina aparand pe seama teoriei electronilor din banda de valenta in banda de conductie. Conductivitatea intriseca apare numai la materialele semiconductoare pure.

Semiconductori extrinseci, cand conductibilitatea este marita in urma unui adaos de impuritati special introduse in cristal. La randul lor acestia se impart in:

a) semiconductori de tip n (donari de electroni), cand atomii de impuritate prezinta nivele situate in apropierea benzii de conductie, putandu-i furniza acetuteia electroni;

b) semiconductori de tip p (acceptori de electroni) cand atomii de impuritate care se afla in apropierea benzii de valenta au niveluri acceptoare, fiind capabil sa primeasca electroni

Mecanismul conductiei electrice intr-un semiconductor are loc in felul urmator: sub actiunea unui camp electric, un atom de element va pierde un electron. In locul parasit de electron ramane un “gol” si atomul care a parasit electronul se pozitiveaza.

Ulterior, acest “gol” este ocupat de electronul unui atom vecin , care la randul lui va lasa alt “gol” si asa mai departe. In cele din urma “golurile” se succed si ele, dar in sens contrar, incat sub actiunea unui camp electric se produce o dubla deplasare dirijata, constand in miscarea electronilor in sensul invers campului electric, comportandu-se ca sarcini positive.