Cosa sono i Semiconduttori?

I semiconduttori sono materiali fondamentali nella tecnologia moderna e sono alla base di molti dispositivi elettronici che usiamo quotidianamente, come smartphone, computer, televisori e molto altro ancora. Per capire cosa sono i semiconduttori, è utile prima comprendere la differenza tra conduttori, semiconduttori e isolanti.

I conduttori, come il rame e l'alluminio, sono materiali che permettono al flusso di elettricità di passare attraverso di loro facilmente. Gli isolanti, come la plastica e il vetro, invece, non permettono al flusso di elettricità di passare attraverso di loro affatto. I semiconduttori, come il silicio e il germanio, si trovano in mezzo: non conducono elettricità altrettanto bene dei conduttori, ma neanche la impediscono completamente come fanno gli isolanti.

Il silicio è uno dei semiconduttori più utilizzati nella tecnologia moderna. In natura, il silicio ha quattro elettroni nella sua struttura atomica esterna, che gli permettono di formare legami con altri atomi di silicio in una struttura cristallina. Questa struttura cristallina rende il silicio un isolante a temperatura ambiente. Tuttavia, è possibile modificare la conducibilità del silicio aggiungendo piccole quantità di altre sostanze, un processo chiamato drogaggio.

Ci sono due tipi principali di semiconduttori drogati: tipo N e tipo P. Nel drogaggio di tipo N, si aggiungono impurità con un eccesso di elettroni. Questi elettroni aggiuntivi rendono più facile per il materiale condurre l'elettricità. Nel drogaggio di tipo P, si aggiungono impurità con una carenza di elettroni, creando vuoti chiamati "lacune" che possono muoversi attraverso il materiale, permettendo anche in questo caso il passaggio dell'elettricità.

I semiconduttori drogati sono alla base di dispositivi elettronici come transistor, diodi e circuiti integrati. I transistor, in particolare, sono fondamentali nei circuiti elettronici perché consentono di controllare il flusso di corrente elettrica. Attraverso l'uso combinato di semiconduttori di tipo N e tipo P, è possibile creare componenti elettronici complessi che sono alla base di gran parte della tecnologia moderna. In breve, i semiconduttori sono essenziali per il funzionamento dei dispositivi elettronici che usiamo ogni giorno.

Auto sempre più intelligenti e connesse

 

Se il telaio è scheletro dell'auto, la carrozzeria la pelle e il motore il cuore, allora la sofisticata rete di centraline elettroniche e circuiti integrati ne costituisce il sistema nervoso. I chip? Quasi dei neuroni: sono costituiti da piastrine di silicio su cui si basano i circuiti. Un'auto moderna può avere anche 3.500 chip— che equivalgono a circa 800 euro di silicio — sparsi in oltre 50 dispositivi di controllo (tanti ne ha una comune Volkswagen Golf). E più l'automobile si farà complessa e automatizzata, più chip serviranno.

Costruire microchip — globalmente il 65% è prodotto a Taiwan— è un'impresa: si parte da barre di silicio, i «wafer», con un diametro fino a 30 cm, da cui sono generati da 100 a 10 mila chip. La produzione avviene in ambienti sterili con atmosfera controllata, il personale indossa tute apposite, guanti, maschere e scarpe speciali. Del resto, particelle di polvere trasportate dall'aria, perfino scaglie di pelle, potrebbero contaminare i chip, rendendoli inutilizzabili. Per fabbricarne uno servono tra i 600 e 1.200 passaggi e possono volerci anche 16 settimane.

Nelle auto, i chip trovano applicazione ovunque si tratti di aumentare comfort e sicurezza di guida o di ridurre consumi ed emissioni. Ad esempio, si usano per la gestione di servosterzo, tergicristalli, alzacristalli elettrici, sensori radar o per il Body Control Module, il sistema nervoso periferico del veicolo, un computer che controlla le funzionalità non direttamente correlate al motore. In pratica, tutti i pulsanti si collegano a un singolo computer che a sua volta accende i fari, apre i finestrini, controlla la chiusura centralizzata della porta. Ma servono chip anche nei dispositivi che gestiscono airbag, freni, climatizzatore, luci e nei sistemi di controllo della trasmissione, nonché nell'unità di controllo motore, il sistema nervoso centrale dell'auto, che gestisce l'iniezione del carburante e, nei propulsori a benzina, l'accensione della miscela aria-carburante.