Conductoare

Conductoarele sunt materiale care conduc ușor curentul electric. Cele mai bune conductoare sunt cele care conțin un singur element, cum sunt cuprul, argintul, aurul și aluminiul, ai căror atomi au un singur electron de valență, legat foarte slab. Acești electroni de valență slab legați se pot desprinde ușor din atomi, devenind atom liberi. Prin urmare materialele conductoare prezintă mulți electroni liberi, care, atunci când se deplasează în aceeași direcție, formează un curent electric.

Izolatoare

Izolatoarele sunt materiale care, în condiții normale, nu conduc curentul electric. Majoritatea izolatoarelor bune sunt compuși chimici, nu materiale monoelement. Electronii de valență sunt strâns legați de atom, deci în izolatoare se găsesc foarte puțini electroni liberi.

Semiconductoarele

Semiconductoarele sunt materiale cu proprietăți intermediare între conductoare și izolatoare, din punct de vedere al capacității lor de a conduce curentul electric. Un semiconductor în stare pură (intrinsec) nu este nici bun conductor, nici bun izolator. Cele mai răspândite materiale semiconductoare monoelement sunt siliciul, germaniul și carbonul. Se folosesc curent și compuși semiconductori, ca arseniura de galiu. Semiconductoarele monoelement au caracteristic atomii cu patru electroni de valență.

Conducția în semiconductoare

Electroni de conducție

Curenții de electroni și goluri

Dacă la capetele unei așchii de siliciu intrinsec se aplică o tensiune, electronii liberi, generați termic în banda de conducție și aflați în mișcare haotică prin structura cristalină, sunt atrași fără dificultate către capătul pozitiv. Această deplasare a electronilor liberi reprezintă unul dintre tipurile de curent care pot circula printr-un material semiconductor, denumit curent de electroni.

În funcţie de rezistivitatea electrică, corpurile solide se împart în trei categorii: conductoare, izolatoare și semiconductoare. Conductivilitatea eletrică crește odată cu temperatura și cu gradul de impurificare cu anumite substanțe, proprietatea aceasta fiind folosită la fabricarea dispozitivelor semiconductoare.

Tehnologia dispozitivelor semiconductoare este bazată pe utilizarea pe scară largă a două elemente tetravalente: siliciul și germaniul.

În rețeaua cristalină a germaniului și siliciului fiecare atom este așezat la egală distanță de patru atomi învecinați și împarte cu fiecare dintre aceștia câte unul dintre cei patru electroni de valențăm fiind deci legat de ei prin legături covalente.

Dacă nu intervine nicio excitație exterioară (bombardament cu radiații electromagnetice sau cu particule), iar temperatura corpului este coborâtă, electronii de valență rămân atașați atomilor în cadrul legăturilor covalente. În rețeaua corpului neexistând electroni disponibili pentru conducția curentului electric, corpul se comportă ca un izolator.

Conductibilitatea eletrică în semiconductoare intrinseci și semiconductoare extrinseci

Semiconductoare intrinseci

La o temperatură mai ridicată, unii dintre electronii de valență primesc energie suficient de mare pentru a putea părăsi legăturile covalente, devenind electroni liberi. Cu cât temperatura corpului crește peste temperatura ambiantă, cu atât crește și numărul electronilor de conducție (electronii liberi), respectiv conductivilitatea electrică a corpului.

Să presupunem că un electron a părăsit o legătură covalentă, devenind electron liber. El lasă în urmă o legătură nesatisfăcută. Sub influența unui câmp electric ε, un electron de valență din apropiere poate părăsi legătura și poate trce să satisfacă legătura covalentă lăsată liberă de electronul de conducție. Astfel rămâne o nouă legătură covalentă nesatisfăcută și un alt electron de valență poate trece să satisfacă această legătură liberă.

Într-n semiconductor pur din punct de vedere chimic, numit semiconductor intrinsec, electronii și golurile de conducție există într=un număr egal. Generarea perechilor de purtători de sarcină mobili electron-gol este declanșată pe cale termică. Mecanismul formării unei perechi electron-gol într-un semiconductor intrinsec este reprezentat mai jos.

Semiconductoare extrinseci

Prezența unui număr infniim de atomi străini - impurități - în rețeaua cristalină a semiconductoruluyi poate modifica conductibilitatea electrică a acestuia. Procesul prin care într-un conductor se introduc impurități se numește dopare. Semiconductoarele dopate cu impurități se numesc semiconductoare extrinseci.