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Titolo: Isolatori, semiconduttori e bandgap

Buongiorno a tutti,
si definisce semiconduttore un materiale la cui bandgap (in italiano?) è
minore di 3 eV, isolatore se è superiore a 3 eV.
In un semiconduttore gli elettroni della banda di valenza possono essere
eccitati termicamente e passare alla banda di conduzione. In questo modo i
semiconduttori possono condurre corrente.
Perche' questo in un isolatore non avviene? La domanda è forse ingenua, ma
non basterebbe scaldare di piu'? O poi diventa significante la vibrazione
del reticolo cristallino?
E poi, perche' mettere la soglia proprio a 3 eV?
Grazie per l'attenzione
Boiler
-- 
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 E poi, perche' mettere la soglia proprio a 3 eV?
Credo che sia in connessione col fatto che i fotoni visibili hanno 
energie da circa 3 eV in giu'. Quindi in un isolante non si hanno 
eccitazioni dovute alla luce visibile. Una conseguenza e' che gli 
isolanti cristallini puri sono trasparenti mentre i semiconduttori hanno 
lucentezza metallica.
-- 
Enrico Smargiassi
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia

 E poi, perche' mettere la soglia proprio a 3 eV?
Perchè è un punto in cui, per T usuali, la f(E) comincia ad assumere 
valori significativamente bassi

 valori significativamente bassi
Scusa, non è per far polemica, ma "usuali" e "significativamente" in
fisica non vogliono dire nulla.


 lucentezza metallica.
Davvero interessante! Non ci avevo mai fatto caso!
Grazie


 fisica non vogliono dire nulla.
Per farti capire che PRATICAMENTE non è così, considera la 
caratteristica ideale della giunzione PN (diodo) i=Is[e^(v/VT) -1]. Se 
la disegni in modo teorico non è altro che una curva esponenziale che 
passa per 0 e tende a -Is per v che tende a -inf; se la vedi in un 
grafico a rappresentazione REALE vedrai che il valore di i è 
indistinguibile da 0 fino ad un valore di v=Vg intorno a 0,6 V. Eppure 
anche qui "Vg non rappresenta niente fisicamente"  :-)

 Davvero interessante! Non ci avevo mai fatto caso!
La cosa è significativa ma spiega solo una piccola parte della tua 
domanda. Gli effetti optoelettronici POSSONO essere una componente più o 
meno significativa del fenomeno di conduzione, ma non lo sono sempre 
come invece accade per l'agitazione termica.

 Boiler
In linea generale hai perfettamente ragione, ma e' anche vero che non
si conoscono materiali che possono essere scaldati troppi ordini
di grandezza sopra la temperatura ambiente. Questa considerazione
fissa quanto meno l'ordine di grandezza superiore del kT a, diciamo
T = 5000 K abbiamo una energia di attenuazione di circa mezzo
elettronvolt. Fissando 3 eV si ha la garanzia che la frazione di elettroni
promossi non supera l'inverso di e^6 = 85.8 che e' circa l'uno per cento
degli elettroni in banda di valenza. Da qui a sapere perche' si scelga
proprio
3 eV ne corre. Piacerebbe anche a me sapere chi ha inventato questa
convenzione e perche'.
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Inviato via 
http://arianna.libero.it/usenet/

 perche'.
Non lo so, ma sospetto che sia una questione pratica: se il gap supera
3 eV sara' ben difficile non solo avere una conduzione intrinseca
apprezzabile (il che tutto sommato importerebbe poco, anzi) ma
soprattutto avrai un materiale difficile da lavorare.
E' un fatto che per es. il mio vecchio Kittel da' una tabella di gap
di semiconduttori, e nessuno supera i 3 eV, mentre un paio ci vanno
vicino: AgI 2.8, ZnSe 2.6.
Non so pero' se abbiano trovato impiego pratico.
Mi ero anche posto un problema: in fondo i semiconduttori si usano
drogati, e quindi il gap non avrebbe molta importanza: per es. perche'
non si potrebbe drogare il diamante? (gap 6 eV...)
La mia risposta e' che sarebbe piuttosto difficile produrre diamante
drogato in modo controllato: a che temperature e pressioni
bisognerebbe lavorare?
Domanda collaterale: mi pare che a pressione ambiente il diamante non
fonda, ma passi direttamente a vapore se lo si scalda in atmosfera
inerte. Qual e' la pressione del punto triplo?
 
-- 
Elio Fabri

 Non so pero' se abbiano trovato impiego pratico.
Quei due non mi pare siano usati, mentre sta partendo (con un po' di 
difficolta`) il SiC, con band gap che va da 2.2 eV fino a 3.25 eV (il 
nitruro di gallio e` a 3.4 eV)
Il SiC pare presentare dei vantaggi ad alta temperatura, di mobilita` e 
nelle barriere semiconduttore-metallo. Pero` qualche problemino c'e` 
ancora (i diodi in SiC ogni tanto esplodono :( per problemi di 
focalizzazione di corrente... )
-- 
Franco
Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)

 come invece accade per l'agitazione termica.
Be', a parte il fatto che la conduzione elettrica non e' il be-all & 
end-all delle proprieta' dei materiali, mi chiedo quale importanza possa 
avere la conducibilita' intrinseca nei casi pratici. A T ambiente la 
concentrazione di portatori intrinseci nel silicio (gap 1.12 eV) 
p.es
. 
e' dell'ordine di 10^10 cm^-3, mentre non ricordo di aver visto mai 
drogaggi inferiori ai 10^-14 cm^-3. Il che significa, per di piu', che 
basta che il campione sia appena un po' "sporco" - 1 impurezza su 10^-10 
o anche meno - che l'effetto degli intrinseci e' secondario. Da questi 
punti di vista un gap di 1 eV, di 3 o di 6 importa poco.


 punti di vista un gap di 1 eV, di 3 o di 6 importa poco.
No perchè come sai l'importanza dei semiconduttori risiede soprattutto 
nella possibilità di realizzare giunzioni pn da usare nei transistori 
bipolari e mos. Per far questo non è solo necessario riuscire ad 
ottenere una conduzione decente tramite drogaggio ma bisogna anche che i 
fenomeni di generazione/ricombinazioni di coppie elettroni lacune sia 
apprezzabile e questo richiede una EG non troppo alto.

 Elio Fabri
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