Semiconduttori a banda larga

Senza entrare nel dettaglio delle strutture del reticolo cristallino e dei livelli energetici di un semiconduttore, si può dire che il modello a banda larga è il modo in cui gli elettroni (corrente) fluiscono in un semiconduttore di un particolare materiale.

È l’energia necessaria per rilasciare un elettrone dal guscio atomico esterno, in modo che si muova liberamente nel solido (es. metallo).

In altre parole, è la differenza di energia tra la banda di valenza superiore e l’estremità inferiore della banda di conduzione in un semiconduttore cristallino. La Tabella 1 mostra l’energia della banda proibita di vari materiali semiconduttori.

Immagine 1. La banda proibita si riferisce alla quantità di energia necessaria per rilasciare un elettrone dal guscio esterno, in modo che possa muoversi liberamente nel solido

Nei semiconduttori a banda larga come SiC e GaN, la banda proibita, ovvero la differenza di energia tra lo stato isolante e quello conduttivo (banda di valenza e banda conduttiva), è significativamente maggiore rispetto al silicio. La conseguenza pratica di questo divario più ampio è il minor consumo energetico. Il dispositivo può funzionare ad alta tensione, alta temperatura e alte frequenze di commutazione.

Le applicazioni con semiconduttori SiC e GaN presentano quindi un’elevata densità di potenza, dimensioni più ridotte, un’elevata tensione inversa, basse perdite di potenza, maggiore compatibilità EMC e migliori prestazioni in riferimento a guasti e temperatura rispetto alle applicazioni a base di silicio.

Confronto della banda proibita dei semiconduttori

Materiale	Simbolo Chimico	Energia di banda proibita [eV]
Germanio	Ge	0,7
Silicio	Si	1,1
Arseniuro di Gallio	GaAs	1,4
Carburo di Silicio	SiC	3,3
Nitruro di Gallio	GaN	3,4
Diamante	C	5,5

Tabella 1. Panoramica dell’energia di banda proibita di vari materiali semiconduttori.