{"id":3181,"date":"2010-06-03T00:00:00","date_gmt":"2010-06-02T22:00:00","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"3181","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/3181\/","title":{"rendered":"Vorrei sapere se per i semimetalli si pu\u00f2 parlare di elettroni di conduzione\r\noppure \u00e8 un termine riferibile solo ai metalli."},"content":{"rendered":"

Tutti i solidi con una microstruttura cristallina hanno in comune la cosidetta struttura a bande dello spettro di energia<\/em><\/strong> degli elettroni. Questo significa che gli elettroni di ciascun atomo (o molecola in qualche caso) possono assumere valori dell’energia appartenente a certi intervalli ma non ad altri. Una situazione simile a quella che si ha con l’altezza quando si salgono quelle scale con gradini molto lunghi e leggermente inclinati: una persona che sale lungo queste scale può fermarsi in corrispondenza di tutti i valori delle altezze intermedi tra il punto più basso e il più alto di uno stesso gradino, ma non può fermarsi in corrispondenza di un valore che è intermedio tra il più basso di un gradino e il più alto del gradino inferiore. Gli intervalli di valori non assumibili sono chiamati gap energetici<\/strong><\/em>.<\/font><\/p>\n

Dato che più di due elettroni non possono appartenere allo stesso stato energetico (principio di esclusione di Pauli<\/strong><\/em>) allora gli elettroni si dispongono lungo questi valori dell’energia dal più basso al più alto tra quelli disponibili, riempiendo man mano i diversi "strati". Inoltre si può dimostrare che se una banda è completamente piena gli elettroni al suo interno non contribuiscono alla corrente che si sviluppa per effetto di un campo elettrico esterno. Per cui la corrente è data solo dagli elettroni che si trovano in bande non completamente piene. Più il rapporto tra stati occupati di una data banda e il numero totale dei suoi stati si avvicina ad 0.5 tanto più la banda produce una corrente intensa in relazione al campo applicato.<\/font><\/p>\n

La differenza tra conduttori, semiconduttori e isolanti sta nella modalità di riempimento della bande e nella loro distanza (cioè quanto è ampio il gap energetico).<\/font><\/p>\n

Negli isolanti le bande sono o completamente piene (la più alta delle quali è detta banda di valenza<\/strong><\/em>) o completamente vuote, inoltre i gap energetici sono molto estesi. Quindi non si genera alcuna corrente.<\/font><\/p>\n

I metalli invece hanno bande separate tutte o piene o vuote tranne una (immediatamente al di sopra di tutte quelle completamente piene), che è riempita solo in parte che quindi garantisce una buona conduzione (per questo tale banda è chiamata banda di conduzione<\/strong><\/em> e gli elettroni che ci sono dentro sono detti elettroni di conduzione<\/strong><\/em>).<\/font><\/p>\n

I semimetalli o semiconduttori sono chimicamente e strutturalmente degli isolanti, ma i loro gap energetici sono molto ristretti, per cui accade che a bassa temperatura si comportino come isolanti avendo bande o piene o vuote, mentre a temperatura un po’ più elevata (anche a temperatura ambiente per alcuni di loro), per effetto termico, qualche elettrone salta il gap passando dalla banda di valenza a quella immediatamente superiore (che a bassa temperatura invece è completamente vuota). Questo piccolo riempimento della prima banda altrimenti vuota permette una piccola corrente. L’effetto può essere amplificato diffondendo nel cristallo degli atomi con valenza diversa da quelli principali. In genere il cristallo di un semiconduttore è composto da atomi tetravalenti, si possono quindi aggiungere piccole quantità (drogaggio<\/strong><\/em>) di atomi pentavalenti o trivalenti (non entrambi insieme). Aggiungendo atomi di tipo diverso, ma in piccolissime quantità, il comportamento globale del cristallo resta lo stesso, in particolare la struttura a bande praticamente non subisce modifiche. Però aggiungere degli atomi pentavalenti aggiunge alla struttura del cristallo degli elettroni che non trovano posto insieme agli altri e quindi devono posizionarsi nella banda che per un cristallo puro sarebbe la più bassa di quelle vuote. Questa banda si riempie leggermente (non si arriva comunque alla frazione 0.5 di stati occupati) e quindi si comporta similmente alla banda di conduzione dei metalli, anzi anche questa banda, per i semiconduttori con drogaggio pentavalente, viene chiamata in questo modo (e quindi anche gli elettroni che vi sono dentro). Analogamente aggiungere atomi trivalenti svuota un po’ la banda che sarebbe di valenza per un cristallo puro. Come prima questa banda acquista la capacità di condurre, anche se in questo caso non si parla tanto di elettroni di conduzione quanto di lacune di conduzione<\/em><\/strong> in quanto la conduzione è dovuta ai "buchi" che si vengono a formare nella banda di valenza.<\/font><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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