I Semiconduttori: le bande di energia e la conduzione elettrica
I materiali conduttori, gli isolanti e i semiconduttori sono sostanze con diverse proprietà elettriche. I primi permettono il passaggio della corrente elettrica, gli isolanti la ostacolano e i semiconduttori si collocano tra questi due estremi, in termini di resistività.
La teoria delle bande è fondamentale per comprendere le proprietà elettriche di queste categorie di materiali, essa si basa sull’idea delle bande di energia.
Le bande di energia importanti per questa teoria sono la banda di valenza e la banda di conduzione.
La banda di valenza si origina dall’interazione degli orbitali atomici dei costituenti del materiale. A seconda delle circostanze, può essere riempita completamente o parzialmente.
La banda di conduzione, invece, si forma dagli orbitali atomici con energia superiore, creando una banda con energia maggiore rispetto a quella della banda di valenza.
La banda di conduzione è vuota per via degli orbitali atomici solitamente non popolati e la disposizione degli atomi nel cristallo determina la posizione delle bande di energia.
I materiali conduttori presentano una banda di valenza parzialmente o completamente sovrapposta alla banda di conduzione, facilitando il movimento degli elettroni e generando così corrente elettrica.
Tuttavia, l’aumento della temperatura può influenzare la conduzione elettrica dei metalli a causa delle vibrazioni dei cationi costituenti la struttura cristallina del metallo, ostacolando il flusso di elettroni.
Da un’altra prospettiva, negli isolanti la banda di valenza è piena e separata dalla banda di conduzione da un gap di energia, prevenendo così il flusso di corrente elettrica. La diversa struttura cristallina di questi materiali rispetto a quella dei metalli porta a questa differenza nella conduzione elettrica.
I semiconduttori invece, possono essere modificati attraverso un processo chiamato doping, che consiste nell’aggiunta di impurità controllate. Ciò permette di alterare le proprietà elettroniche del materiale. Questa pratica è largamente utilizzata nell’industria dei semiconduttori per la produzione di dispositivi elettronici come i diodi, i transistor e i microchip.
In sintesi, la banda di conduzione è uno dei pilastri della teoria delle bande elettromagnetiche e rappresenta un concetto basilare per comprendere le proprietà elettriche di conduttori, isolanti e semiconduttori. Tale comprensione è fondamentale per lo sviluppo e il funzionamento di dispositivi elettronici moderni, che giocano un ruolo cruciale in molteplici settori industriali.
