Cosa sono i semiconduttori intrinseci?

I semiconduttori intrinseci sono una forma pura di elementi che solitamente hanno quattro elettroni di valenza. Un processo speciale può essere fatto per trasformare i semiconduttori intrinseci in semiconduttori di tipo negativo (N) o positivo (P). Gli usi dei semiconduttori di tipo P e di tipo N includono transistor a giunzione bipolare (BJT), transistor ad effetto di campo (FET) e raddrizzatori controllati al silicio (SCR).

I buoni conduttori di elettricità, come il rame, perdono facilmente elettroni ad altri atomi all'interno del materiale, mentre i semiconduttori sono parzialmente conduttori e parzialmente isolanti. Sia il silicio che il germanio sono elementi a quattro valenze. Il silicio è un materiale comune per i semiconduttori, sebbene il germanio sia utilizzato anche per applicazioni ad alta frequenza. La differenza tra silicio e germanio è che la caduta di tensione diretta nel germanio è di circa 0,2 volt (V), rispetto a 0,7 V nel silicio.

Quando si producono semiconduttori intrinseci, il silicio viene fuso a una temperatura molto elevata in un gas inerte o sotto vuoto. Il materiale fuso risultante assomiglia molto a un vetro fuso. Attraverso un processo chiamato coltivazione, un coltivatore rotante tira lentamente il silicio fuso in un materiale intrinseco di silicio sotto forma di un'asta di circa pochi pollici di diametro.

I materiali al silicio intrinseco, chiamati semiconduttori non drogati, semiconduttori intrinsechi di tipo i, o semiconduttori intrinseci, sono di scarsa utilità per l'industria elettronica. La forma utile di silicio è il risultato dell'aggiunta di elementi speciali, noti come droganti, in un processo chiamato doping, in cui vengono aggiunti droganti come fosforo o boro mentre il silicio è ancora fuso. Quando il fosforo viene aggiunto al silicio, un elettrone in più rende il silicio un semiconduttore di tipo N. Il passo successivo dopo che è stata coltivata una barra di silicio di tipo N è l'affettatura, in cui il materiale a forma di bastoncino di vetro verrà tagliato per produrre sottili wafer di silicio. Tecniche speciali, come l'onda acustica di superficie (SAW), sono utilizzate per tagliare un materiale molto duro, come il silicio drogato con fosforo.

I wafer di silicio generati dall'affettatura possono essere scritti sull'asse X e quindi sull'asse Y, risultando in un'enorme quantità di semiconduttori di tipo N. Successivamente, vengono anche prodotti e preparati semiconduttori di tipo P pronti per il processo di assemblaggio. A questo punto, i semiconduttori intrinseci sono stati trasformati in semiconduttori estrinseci. L'assemblaggio più semplice di un semiconduttore di tipo N e di tipo P è una giunzione positivo-negativa (PN) nota come diodo, che è come una valvola unidirezionale. La giunzione PN che è stata generata dal contatto del semiconduttore di tipo N e di tipo P ora ha una caratteristica speciale nota come conducibilità unidirezionale.