Analisi dettagliata su come la differenza di energia influisce sul comportamento dei semi-conduttori

L’influenza dell’energia sulla conduttività dei semiconduttori

Il band gap, definito come l’energia minima necessaria per il passaggio degli elettroni tra la banda di valenza e quella di conduzione, svolge un ruolo fondamentale nella classificazione dei materiali come conduttori, semiconduttori o isolanti.

Nei materiali conduttori, le bande di conduzione e di valenza coincidono, consentendo agli elettroni di muoversi liberamente. Al contrario, nei semiconduttori il band gap varia tra 0.1 e 3.0 eV, mentre negli isolanti supera i 3.0 eV.

Il livello di Fermi, che rappresenta il massimo livello energetico raggiungibile dagli elettroni a basse temperature, si colloca nel band gap tra le due bande principali. Questo livello è determinante quando gli elettroni occupano lo stato energetico più basso.

La teoria delle bande proposta da Felix Bloch spiega come gli elettroni, ricevendo energia sufficiente, possano superare il band gap diventando elettroni liberi nella banda di conduzione a partire dalla banda di valenza.

Nei semiconduttori come il silicio, la conducibilità può essere regolata mediante il drogaggio con impurità come fosforo o arsenico, che aggiungono elettroni alla banda di conduzione. Al contrario, il drogaggio con indio crea lacune nella banda di valenza, trasformandola in una banda di conduzione.

I semiconduttori giocano un ruolo essenziale nei dispositivi elettronici grazie alla loro capacità di regolare la conducibilità. Il movimento degli elettroni e delle lacune generato dal passaggio degli elettroni attraverso il band gap contribuisce alla conduttività del materiale.

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