Materiali per semiconduttori
Abilitazione di dispositivi di nuova generazione con elevata purezza e affidabilità
Materiali per semiconduttori
Semiconduttore, si riferisce alla conducibilità a temperatura ambiente tra il conduttore e l’isolante tra il materiale, ha specifiche proprietà elettriche e fisiche, queste proprietà rendono il circuito del dispositivo a semiconduttore ha una prestazione unica, una delle caratteristiche del suo processo di drogaggio può essere utilizzato per aggiungere un elemento specifico per modificare e controllare le loro proprietà elettriche, può essere utilizzato come un materiale componente per l’elaborazione delle informazioni.
Il termine semiconduttore intrinseco si riferisce a quei semiconduttori monocristallini molto puri; la produzione di materiali semiconduttori richiede una purezza molto elevata, di solito fino al 99,9999999% (9N). Questi materiali appaiono come cristalli singoli nella loro struttura fisica, e il silicio a cristallo singolo (Si) e il germanio a cristallo singolo (Ge) sono materiali semiconduttori comunemente utilizzati.
Dipingendo i semiconduttori intrinseci con tracce di impurità (un processo noto come drogaggio), possiamo modificare in modo significativo la conduttività di un semiconduttore. Il semiconduttore intrinseco che è stato drogato è chiamato semiconduttore di impurità. A seconda del tipo di impurità drogata (principalmente elementi trivalenti o pentavalenti), i semiconduttori sono classificati in due grandi categorie: tipo p e tipo n.
Semiconduttori di tipo N
I semiconduttori di tipo N si ottengono drogando semiconduttori intrinseci, come il silicio, con elementi pentavalenti come il fosforo P, l’arsenico As e l’antimonio Sb. Questi elementi hanno un elettrone di valenza in più rispetto al silicio. Questi elementi hanno un elettrone di valenza in più rispetto al silicio e forniscono ulteriori elettroni liberi.
Caratteristiche principali:
Elementi drogati: fosforo (P), arsenico (As), antimonio (Sb), ecc.
Eccesso di elettroni liberi (portatori negativi)
Aumento del numero di elettroni liberi, aumento della conduttività
La direzione della corrente è determinata principalmente dal movimento degli elettroni
Semiconduttore di tipo P
I semiconduttori di tipo P si ottengono drogando i semiconduttori intrinseci con elementi trivalenti come il boro B, l’alluminio Al e il gallio Ga. Questi elementi hanno un elettrone di valenza in meno rispetto al silicio e lasciano buchi nel reticolo.
Caratteristiche principali:
Elementi dopanti: boro (B), alluminio (Al), gallio (Ga), ecc.
Fori (portatori positivi)
Fori come portatori coinvolti nella conduzione
La direzione della corrente è determinata principalmente dal movimento dei fori
Classificazione dei semiconduttori:
Semiconduttori elementari
Silicio (Si): il più diffuso, rappresenta oltre il 90% dell’industria dei semiconduttori, utilizzato nei circuiti integrati, nelle celle solari, ecc.
Germanio (Ge): il materiale principale dei primi dispositivi a semiconduttore, oggi utilizzato nei circuiti ad alta frequenza e nei dispositivi ottici a infrarossi.
Semiconduttori composti
Composti III-V: come l’arseniuro di gallio (GaAs), il fosfuro di indio (InP), con elevata mobilità degli elettroni, adatti per comunicazioni ad alta frequenza, dispositivi optoelettronici (laser, LED).
Semiconduttori a banda larga:
Carburo di silicio (SiC): resistente alle alte temperature e all’alta tensione, utilizzato nei veicoli elettrici, nell’elettronica di potenza.
Nitruro di gallio (GaN): eccellenti prestazioni ad alta frequenza, utilizzato nelle stazioni base 5G, nei dispositivi di ricarica rapida.
Composti II-VI: come il tellururo di cadmio (CdTe), il solfuro di zinco (ZnS), utilizzati principalmente nei rivelatori a infrarossi e nel campo fotovoltaico.
Caratteristiche del materiale e applicazioni
Classificazione generazionale dei materiali semiconduttori
| Generazione | Materiali rappresentativi | Caratteristiche | Applicazioni tipiche |
|---|---|---|---|
| Prima generazione | Silicio (Si), Germanio (Ge) | Maturo e consolidato Basso costo Facile da lavorare Moderata conducibilità termica | Circuiti integrati (IC) Transistor Diodi Elettronica generale |
| 2a generazione | Arseniuro di gallio (GaAs), fosfuro d’indio (InP) | Alta mobilità degli elettroni Prestazioni ad alta frequenza Buone per l’optoelettronica Costo di produzione più alto | Comunicazione RF Dispositivi a microonde Fotodetector GPS Navigazione |
| 3a generazione | Nitruro di gallio (GaN), carburo di silicio (SiC), ossido di zinco (ZnO), seleniuro di zinco (ZnSe) | Ampio bandgap Elevata tensione di breakdown Elevata conducibilità termica Alta frequenza, alta efficienza Tolleranza alle alte temperature | Stazioni base 5G Veicoli elettrici Laser Elettronica di potenza (IGBT/MOSFET) |
| 4a generazione | Ossido di gallio (Ga2O3), Diamante (C), Nitruro di alluminio (AlN), Nitruro di boro (BN) | Bandgap ultralargo Elevata mobilità dei portatori Elevata intensità del campo di breakdown Emergenti e in fase di sviluppo | Dispositivi di potenza ad alta tensione di nuova generazione Aerospaziale Elettronica per ambienti estremi (radiazioni/alta temperatura) |
ULPMAT vanta molti anni di esperienza nel campo dei materiali per semiconduttori, con impianti di produzione all’avanguardia e una comprovata esperienza. Ci impegniamo a fornire materiali ad alte prestazioni e all’avanguardia per soddisfare le vostre esigenze specifiche.
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