drogaggio

drogaggio

Processo di introduzione di quantità controllate di atomi estranei o impurezze in un cristallo semiconduttore puro al fine di alterare le concentrazioni dei portatori di carica e modificare le sue proprietà elettriche. Sono possibili due tipologie di drogaggio. Nella prima (drogaggio di tipo n) l’aggiunta di atomi esterni, detti donatori, mette a disposizione un elettrone di legame in più di quelli richiesti dal legame chimico. L’elettrone in eccesso si rende così disponibile come elettrone libero all’interno del reticolo cristallino. Nella seconda (drogaggio di tipo p), l’aggiunta di atomi esterni, detti accettori, dà luogo alla carenza di un elettrone di legame. Questa mancanza di elettrone (detta lacuna) può essere vista come una vera e propria particella con carica positiva, in grado di spostarsi liberamente nel reticolo cristallino. Un semiconduttore è detto puro o estrinseco se il suo reticolo cristallino non presenta impurezze. In un semiconduttore puro la presenza di elettroni in banda di conduzione può verificarsi solo in corrispondenza di un pari numero di lacune formatesi in banda di valenza. Nel caso di un semiconduttore drogato o estrinseco, l’introduzione di impurezze squilibra le concentrazioni di portatori, creando un eccesso degli uni o degli altri in banda di conduzione. La percentuale di atomi droganti introdotti risulta estremamente bassa: si parla di qualche atomo di impurezza ogni milione di atomi del materiale puro. In particolare, il drogaggio di tipo n porta all’introduzione in un cristallo semiconduttore (tipicamente, di silicio o germanio), di piccole quantità di atomi di fosforo, arsenico, antimonio o altri elementi del V gruppo (tutti con cinque atomi di valenza). Il drogaggio di tipo p porta invece all’introduzione di atomi del III gruppo, come boro, alluminio, gallio o indio (tutti con più lacune in banda di valenza che elettroni in banda di conduzione). Le tecniche di drogaggio più utilizzate sono quelle di diffusione termica e impiantazione ionica. Nel primo caso, nel wafer di silicio, portato a temperature sopra 1000 °C, vengono diffusi gli atomi di drogante; il processo viene arrestato riportando la temperatura a valori più bassi, ai quali il processo di diffusione si arresta. Nel secondo caso l’introduzione degli atomi droganti avviene attraverso un processo di bombardamento con ioni accelerati ad alte velocità.

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