Cos'è la concentrazione del vettore?
La concentrazione del vettore è il numero di elettroni disponibili per passare attraverso un semiconduttore. Un semiconduttore è un dispositivo elettronico che conduce l'elettricità quando viene applicata una fonte di energia. Cristalli o materiali amorfi o non cristallini sono fabbricati per formare materiale semiconduttore. Tracce di molecole di metallo, chiamate droganti, possono essere aggiunte per fornire elettroni extra per il trasporto di corrente elettrica.
Una molecola è costituita da un nucleo centrale circondato da anelli o gusci di elettroni che sono costantemente in movimento. Alcuni materiali, chiamati donatori, hanno un elettrone relativamente lontano dal nucleo che può essere rimosso dalle correnti elettriche o dalla luce solare. Molecole diverse, chiamate accettori, mancano di un elettrone nel guscio esterno e possono prendere elettroni liberi che sono presenti. Un semiconduttore utilizza molecole di donatore e accettore poste in materiale cristallino o amorfo. Gli spazi per gli elettroni nei materiali accettori sono spesso indicati come buchi.
Il silicio, sia cristallino che amorfo, è comunemente usato per i semiconduttori. Può trasmettere alcuni elettroni come materiale puro a diverse temperature. Questa è nota come concentrazione intrinseca del vettore. Il silicio puro viene usato raramente come semiconduttore perché la concentrazione intrinseca è piuttosto bassa. Altri materiali, come germanio o carburo di silicio, hanno una concentrazione intrinseca del trasportatore più elevata e possono essere utilizzati come semiconduttori puri.
Piccole quantità di droganti possono modificare le proprietà di un semiconduttore e consentire il flusso di elettroni con minore resistenza. La misurazione della capacità dell'elettrone per i semiconduttori drogati è nota come concentrazione del vettore estrinseco. Questo valore viene utilizzato per calcolare le proprietà elettriche del semiconduttore in un circuito elettronico. I cambiamenti nella concentrazione del vettore dal controllo del doping influenzeranno le proprietà elettriche del semiconduttore.
Un semiconduttore contiene tre sezioni. La banda di conduzione è materiale drogato con molecole in tracce che hanno elettroni in eccesso. Il materiale vuoto, normalmente un materiale puro senza drogaggio, viene posizionato al centro. L'ultimo strato è lo strato di valenza, in cui il materiale viene drogato con molecole in tracce prive di elettroni.
Esistono molti usi comuni per i semiconduttori diversi da quelli nei dispositivi elettronici. I pannelli solari sono costituiti da celle di silicio amorfo collegate a circuiti elettrici. L'energia della luce solare rilascia elettroni nella banda di conduzione che passa attraverso i semiconduttori al silicio e crea una corrente elettrica. L'elettricità creata dai pannelli solari viene in genere utilizzata per caricare i banchi di batterie per un uso successivo.
I diodi emettitori di luce o LED sono dispositivi comuni utilizzati per l'illuminazione di case, aziende e veicoli. Una corrente elettrica attiva un semiconduttore contenente droganti che danno luce visibile quando gli elettroni li attraversano. I LED creano pochissimo calore in eccesso, sono efficienti dal punto di vista energetico e hanno una lunga vita utile.