Semiconduttore.

Fis. - Sostanza cristallina caratterizzata da proprietà elettriche intermedie tra quelle degli isolanti e quelle dei conduttori. Il materiale s. presenta una resistività elettrica compresa tra 1 e 10⁶ ohm · cm e, inoltre, mostra, in maniera più o meno spiccata: coefficiente di temperatura della resistività negativo, cioè resistività decrescente all'aumentare della temperatura; sensibilità alle radiazioni luminose, ad esempio effetto fotovoltaico o resistenza variabile in funzione delle radiazioni luminose incidenti; potere termoelettrico elevato; comportamento non ohmico nelle giunzioni con certi tipi di metalli. In passato, la classificazione delle sostanze era fatta essenzialmente in funzione della loro resistività elettrica, elemento che determinava l'inserimento dei s. in tre classi: metalli (resistività da 10^-6 a 10^-3 ohm · cm circa), s. e isolanti (resistività da 10¹⁰ a 10²⁰ ohm · cm circa). La resistività elettrica dei materiali è una delle grandezze fisiche che hanno il maggior campo di escursione: va da 10^-6 circa per l'argento a 10²² ohm · cm per alcuni isolanti, con una scala oscillante su 28 ordini di grandezza. La bassa conducibilità dei s. permette il controllo del flusso di corrente elettrica e quindi la realizzazione di dispositivi elettrici attivi (non ohmici). La diffusione di questi (diodi, transistori, ecc.) è legata ai numerosi vantaggi (maggior durata, minor costo, efficiente risposta all'accensione, ecc.) che essi presentano sui corrispondenti dispositivi (diodo a vuoto, triodo, ecc.) basati sull'emissione termoionica. Dalla scoperta dell'effetto rettificante di alcuni s., avvenuta nel XIX sec., vennero affrontati studi a seguito dei quali si giunse alla pianificazione (1935) e alla costruzione (1947) del transistor, un dispositivo allo stato solido in grado di funzionare come amplificatore. ║ S. intrinseci o puri: materiali s. per i quali il passaggio di elettroni dalla banda di valenza a quella di conduzione avvenga per azione termica. La banda di valenza e quella di conduzione risultano separate da un'energia pari a quella generata dall'azione degli elettroni; per tale motivo un elettrone è in grado di abbandonare la banda di valenza per passare in quella di conduzione lasciando una lacuna nella banda di partenza. Alcuni elettroni possono quindi avere energia superiore alla media da oltrepassare il livello E_c e collocarsi quindi nella banda di conduzione. Questa possibilità è legata alla presenza di un gap limitato. Ad esempio per alcuni elementi del IV e VI gruppo della tavola periodica si hanno i seguenti valori di gap:

Elementi	Gap (eV)
Carbonio (diamante)	6
Selenio	2
Silicio	1,1
Germanio	0,7
Tellurio	0,33
Stagno (grigio)	0,08

I primi due elementi sono degli isolanti mentre tutti gli altri sono dei s. intrinseci, come il boro, l'ossido di zinco (ZnO), l'ossido di rame (Cu₂O), il solfuro di cadmio (CdS), l'antimoniuro di indio (InSb), l'antimoniuro di gallio (GaSb), l'arseniuro di gallio (GaAs), vari altri sali e alcune leghe a cristalli misti, come PbTe. Ai fini della costruzione di dispositivi elettronici i s. più interessanti sono il silicio e il germanio, benché diversi altri abbiano applicazioni specifiche come il CdS (per cellule fotoelettriche), lo InSb (per rivelatori di radiazioni infrarosse), il GaAs (diodi elettroluminescenti) e così via. Il silicio e il germanio cristallizzano in un reticolo cubico particolare, schematizzabile con due reticoli cubici a facce centrate e compenetrati fra loro. Ogni atomo di silicio (o germanio) si trova circondato da quattro atomi uguali, disposti ai vertici di un tetraedro regolare di cui l'atomo considerato costituisce il centro. A sua volta ognuno di questi quattro atomi può essere identificato come centro di un tetraedro, ai vertici del quale sono nuovamente posti quattro atomi che creano così una struttura a diamante. Fra gli atomi vicini si instaurano dei legami chimici di natura simile al legame covalente esistente nei composti organici del carbonio. Ogni atomo di silicio (o germanio) ha quattro elettroni, nello strato di valenza, in grado di stabilire altrettanti legami covalenti. Si ottiene in tal modo una struttura rigida (il materiale appare alla scala macroscopica duro e fragile, in quanto sovrabbondante di legami; tutto il cristallo può allora essere considerato come una sola molecola, in quanto qualsiasi atomo del cristallo è raggiungibile attraverso i legami chimici. Volendo rappresentare il suddetto cristallo, si pongono gli atomi di silicio (o germanio) ai vertici di un reticolo a maglie quadrate i cui lati sono i legami fra i vari atomi. In tal modo le semirette uscenti dagli angoli fra due legami qualsiasi formano fra loro altrettanti angoli che possono essere di 90° o 180°. ║ Generazione di portatori: riferendosi a s. intrinseci, il numero di portatori negativi N_n presenti nella banda di conduzione è uguale al numero di portatori positivi N_p presenti nella banda di valenza, intendendo per portatore una qualsiasi carica elettrica libera di muoversi nel cristallo per effetto di un campo elettrico esterno al cristallo stesso. Pertanto potremo dire che la concentrazione intrinseca di portatori N_i, uguale ad N_n e ad N_p, è data da:

N_i = Z · (kT)^3/2 · e^{-½ Eg/kT}

La generazione dei portatori, cioè la promozione di un elettrone dalla banda di valenza a quella di conduzione può avvenire per diverse ragioni. I nuclei atomici, dotati di elettroni, non sono immobili nelle loro posizioni reticolari, ma vibrano armonicamente attorno a queste, creando un campo di potenziale continuamente variabile: un elettrone può quindi subire un'accelerazione fino a possedere un'energia cinetica tale da consentire il passaggio della particella negativa alla banda di conduzione. Il legame da cui si è staccato resta vacante di un elettrone per cui, dato che inizialmente la zona di cristallo era neutra, si ritrova in eccesso di carica positiva. Vi sarà una deformazione locale del cristallo, dovuta al legame irregolare, per cui questa zona di cristallo tenderà alla cattura di un elettrone di un altro legame che a sua volta resterà deformato e tenderà a catturare un elettrone da un altro legame e così via. Pertanto anche se in realtà si hanno spostamenti di elettroni, dal punto di vista elettrico si è avuta una migrazione di una carica positiva, cioè di una vacanza elettronica o buca. Questo moto disordinato, in presenza di un campo elettrico esterno diventa parzialmente ordinato, permettendo quindi il passaggio di corrente in direzione conforme al campo elettrico. È evidente però che la mobilità dei due tipi di portatori, intesa come spazio percorso da essi mediamente nell'unità di tempo per effetto di un certo campo elettrico, sarà diversa: essa è inferiore per i portatori positivi a causa del meccanismo stesso di catture successive con cui si spostano. La velocità con cui sono generati i portatori (sempre uno positivo e uno negativo), dipende essenzialmente dalla temperatura; quest'ultima è una funzione g(T) data da:

g(T) = A · T ^α · e^-qEg/kT

nella quale A e α sono costanti dipendenti dal tipo di materiale, q è la carica elettrica dell'elettrone (pari a 1,602 · 10^-19 Coulomb). Si osservi che, a parte il significato dato a E_g dalla teoria delle bande, esso rappresenta anche la soglia (in tensione) dell'effetto fotoelettrico nel materiale considerato. La generazione di portatori può anche essere fatta, ad esempio, per illuminazione del s. con luce di frequenza opportuna; non consideriamo però questo fatto anche se per alcuni dispositivi è importante. Oltre alla generazione si può anche avere la ricombinazione fra elettroni e buche, cioè il fenomeno esattamente opposto. Questo è governato da una legge di questo tipo:

r(T) = K(T) · N_n · N_p

dove r(T) è la velocità di ricombinazione, funzione della temperatura, K(T) un coefficiente di ricombinazione dipendente dalla temperatura, N_n e N_p sono le concentrazioni di portatori negativi e positivi (rispettivamente) nel cristallo; trattandosi di un s. intrinseco sono uguali fra loro e funzione della temperatura. In questa situazione di coppie di portatori continuamente generate e coppie distrutte per ricombinazione si giunge a un equilibrio dinamico allorché la velocità di generazione e di ricombinazione siano fra loro uguali, cioè:

g(T) = r(T)

Per una certa temperatura si può quindi risolvere questa equazione e trovare il numero di coppie di portatori che sono presenti. A 300 °K per esempio (circa 27 °C) si ricava per il silicio una concentrazione di 1,5 · 10¹⁰ coppie/cm³ mentre per il germanio si trova una concentrazione di 2,5 · 10¹³ coppie/cm³. Considerato il numero di legami chimici presenti nell'unità di volume di un cristallo (noto dal lato della cella elementare del cristallo, oppure calcolabile dalla densità, noto il numero di Avogadro), si trova che nel germanio, in condizioni di assenza di altri effetti, a 300 °K è ionizzato (cioè separato a dare una coppia di portatori) un legame chimico ogni due miliardi di legami, mentre nel silicio lo è uno ogni 3 · 10¹² legami. ║ S. drogati o estrinseci: s. in cui sono inserite impurezze rappresentate da atomi aventi, nella banda di valenza, un elettrone in eccesso o in difetto rispetto a quelli della sostanza base. Nella pratica comune il silicio e il germanio non sono usati allo stato di elevata purezza come si ottengono col processo di raffinazione a zona, ma sono drogati con elementi del III o del V gruppo della tavola periodica. Gli elementi drogati sono sempre presenti in quantità assai piccole e possono essere aggiunti direttamente al cristallo oppure possono essere fatti penetrare in esso mediante un processo di diffusione allo stato solido condotto a temperatura elevata. Il comportamento del materiale viene influenzato dai droganti soprattutto alle basse temperature, allorché la generazione di cariche per agitazione termica è bassa: essi aumentano sensibilmente la conducibilità del materiale in quanto rendono disponibili un certo numero di portatori positivi o negativi. Alle temperature più elevate invece si ha una forte generazione di cariche per agitazione termica e i portatori originati dai droganti diventano poco significativi sul totale: il s. torna a comportarsi praticamente come intrinseco, mentre dove è rilevante l'azione dei droganti si dice s. estrinseco o per drogaggio. I s. in cui le impurezze (definite donatori) aggiungono elettroni sono identificati come drogati di tipo N, mentre quei s. in cui le impurezze (accettori) aggiungono lacune (quindi cariche positive) sono detti di tipo p.

ENERGIA DI LEGAME (eV)
Elemento drogante	nel silicio	nel germanio
Fosforo	0,045	0,0120
Arsenico	0,049 ÷ 0,056	0,0127
Antimonio	0,039	0,0096

Si vede come queste energie siano molto limitate, comparabili al valore del prodotto kT (pari a circa 0,03 eV a 300 °K) per cui in realtà a temperature prossime all'ambiente questi elettroni sono quasi tutti strappati ai loro atomi e liberi di muoversi (e quindi di condurre la corrente) nel cristallo. Per effetto dell'introduzione del drogante, sono stati generati degli elettroni liberi; pertanto in un materiale n saranno presenti sia portatori negativi (elettroni) sia positivi (buche). I primi sono presenti ora in quantità molto maggiore dei secondi perché la concentrazione di elettroni è data da quelli generati termicamente (insieme con una buca) e quelli derivanti dagli atomi di impurezza. Allorché l'elettrone si è separato dall'atomo di impurezza ha lasciato una carica positiva su esso, ma questa non è un portatore perché, catturando un elettrone, torna nella condizione di partenza. Si presentano allora tante cariche positive quante negative, per la neutralità elettrica del cristallo, ma la maggior parte delle positive sono fisse per cui il maggior contributo alla conduzione della corrente viene dato dalle cariche negative che per questo motivo sono dette portatori maggioritari mentre le positive sono i portatori minoritari. Si è detto che nel materiale non drogato la concentrazione dei portatori positivi e negativi era data rispettivamente da

N_p e N_n, con N_p = N_n = N_i

La concentrazione totale di portatori è quindi data dal prodotto delle due, cioè da

N_n · N_p = N²_i.

Per il drogaggio di tipo P valgono in parte le stesse considerazioni svolte per il drogaggio N. In questo caso però si introduce nel silicio (o germanio) una piccola quantità di elemento del III gruppo della tavola periodica, ad esempio boro, alluminio, gallio o indio. Anche queste impurezze si collocano nel reticolo cristallino in sostituzione di atomi di silicio (o germanio) e stabiliscono dei legami covalenti con i quattro atomi circostanti. Essi però appartengono al III gruppo della tavola periodica, per cui hanno solo tre elettroni nello strato di valenza. Possono quindi stabilire con i quattro atomi tre legami normali, mentre il quarto resta anomalo in quanto manca di un elettrone. Tale legame tende a catturare un elettrone da un altro legame e quindi a far assumere all'atomo drogante una carica negativa (fissa) mentre nella zona dove è stato asportato un elettrone si crea una buca elettronica. A sua volta questa può catturare un elettrone, tornando neutra e spostandosi in un'altra posizione. Anche in questo caso le energie che l'agitazione termica deve fornire affinché l'elemento drogante catturi un elettrone trasformandosi in ione negativo fisso e generando una buca mobile sono molto limitate; diamo questi valori per i droganti N più comuni nel silicio e nel germanio:

ENERGIA DI LEGAME (eV)
Elemento drogante	nel silicio	nel germanio
Boro	0,045	0,0104
Alluminio	0,057 ÷ 0,067	0,0102
Gallio	0,065 ÷ 0,071	0,0108
Indio	0,160	0,0112

Come si vede anche in questo caso sono energie limitate, comparabili col prodotto kT. Pertanto potremo considerare che la maggior parte degli atomi droganti siano ioni negativi, e quindi cariche negative fisse, mentre esistono altrettanti portatori positivi liberi di muoversi e di condurre la corrente. La conducibilità elettrica è quindi affidata essenzialmente ai portatori positivi che stavolta saranno detti maggioritari mentre i negativi saranno minoritari. ║ Spostamenti delle bande di energia: la presenza di impurezze può modificare i livelli di energia, anche se le concentrazioni considerate sono molto piccole. Più importante è invece lo spostamento del livello di energia di Fermi E_f come conseguenza del drogaggio. Si può facilmente dimostrare che l'energia di Fermi E_f, che in un s. intrinseco si trova a coincidere con la E_i (livello intrinseco di Fermi), in un s. drogato si sposta dal centro del gap verso una delle due bande e precisamente: a) in un s. drogato n l'energia di Fermi E_f si sposta verso la banda di conduzione, cioè si avvicina ad E_c; b) in un s. di tipo p la E_f si sposta verso la banda di valenza, cioè si avvicina ad E_v. Se alla luce di quanto ora detto si riprendono le equazioni che esprimono N_n ed N_p in funzione delle differenze fra E_f ed E_c o E_v si vede come sia dimostrato anche analiticamente che i portatori positivi e negativi sono ora in numero diverso e che prevale l'uno o l'altro tipo secondo il drogaggio. ║ Moto dei portatori: la conduzione, a parità di concentrazione di portatori, è diversa secondo che questi siano per lo più positivi o per lo più negativi. La mobilità dei portatori viene definita come il numero di portatori che nell'unità di tempo attraversa una sezione di area unitaria del cristallo sotto l'effetto di un campo elettronico avente un gradimento di 1 Volt per unità di lunghezza. Si misura in cm²/Volt sec e ha valori che nel silicio vanno da 100 a 1.000 circa; il suo andamento in funzione della concentrazione di impurezza è riportato in figura, insieme con la conducibilità elettrica del materiale. Come si vede la mobilità diminuisce fortemente all'aumentare della concentrazione di drogante, come pure anche la resistività; inoltre su quasi tutto il campo di concentrazioni, e in particolare nelle zone di interesse pratico, la resistività di un materiale n è inferiore a quella di un materiale p a pari concentrazione di impurezza. Per questo motivo la maggior parte dei transistori al silicio impiegati sono del tipo N-P-N e i transistori M.O.S. (a effetto di campo) sono quasi tutti a canale p. ║ Giunzione P-N o PN, NP: regione di confine fra una zona drogata p ed una drogata n all'interno di uno stesso monocristallo di s. Si osservi che essa rappresenta una discontinuità di composizione chimica e di caratteristiche elettriche, ma non a livello meccanico in quanto la zona p e la zona n sono parte di uno stesso monocristallo. Vale a dire che se si accostano anche strettamente due pezzi di s., uno drogato p ed uno n, non si ottiene una giunzione perché non si ha la perfetta continuità meccanica che esiste in un cristallo unico. Tenendo presente che tecnologicamente è pressoché impossibile realizzare un drogaggio p ed un drogaggio n all'interno di uno stesso monocristallo in modo che siano separati da una superficie netta in quanto le impurezze diffondono anche attraverso questa, diremo che la giunzione si colloca sulla superficie di separazione fra il materiale dei due tipi, laddove la concentrazione di droganti p è uguale a quella dei droganti n. Consideriamo il caso di assenza di polarizzazione, cioè di campi elettrici esterni applicati al cristallo, ed esaminiamo la giunzione. Per esemplificare la comprensione immaginiamo di poter disporre di due parti di monocristallo e di poter costruire la giunzione portandole a contatto in modo che combacino perfettamente. Nel materiale p si ha eccesso di positivi sui negativi e quindi essi sono i maggioritari; nel materiale n sono invece maggioritari i portatori negativi, che sono in eccesso sui positivi. Portiamo ora a contatto le due parti, costruendo la giunzione; a cavallo di essa si hanno sui due lati diverse concentrazioni di portatori che per il fenomeno della diffusione, invaderanno la zona di drogaggio opposta. In particolare questo sarà fatto solo da portatori maggioritari in quanto i portatori positivi passeranno dal materiale P (dove sono presenti con alta concentrazione) al materiale N (dove hanno concentrazione bassa) mentre i portatori negativi passeranno dal materiale N (concentrazione alta) al materiale P (concentrazione bassa). La zona del materiale P prossima alla giunzione perde quindi dei portatori p e si svuota di cariche libere: in essa restano solo cariche fisse che, come si è detto, sono negative. Analogamente la zona di materiale N prossima alla giunzione si svuota di portatori negativi e quindi in essa restano solo cariche fisse che, come è noto, sono positive. Si crea quindi a cavallo della giunzione uno strato di svuotamento o strato di sbarramento o zona di carica spaziale che ha un certo spessore finito e limitato perché le cariche fisse rimaste nella zona svuotate di cariche mobili creano un campo elettrico di segno tale da opporsi alla migrazione ulteriore delle cariche mobili. Questa quindi continua finché tale campo, crescente con l'ampiezza dello strato di svuotamento, è tale da impedirla completamente. Lo spessore della zona svuotata è tanto minore quanto più sono drogate (p e n) le zone del cristallo, cioè quanto maggiore è la densità delle cariche fisse. Valori comuni di spessori di tale strato, nel silicio o nel germanio, sono 0,1 ÷ 10 micron (1 micron = 0,001 mm). È da osservare che la presenza di cariche fisse nello strato di svuotamento porta ad una vera e propria differenza di potenziale, che diremo V_g, calcolabile facilmente; si trova che:



nella quale, oltre ai simboli noti, compaiono N_A e N_D che rappresentano la concentrazione di droganti accettori (nel materiale P) e donatori (nel materiale N). La situazione di questi livelli a cavallo di una giunzione è illustrata in figura. Immaginiamo ora di poter polarizzare la giunzione applicando a cavallo del cristallo un campo elettrico fra la zona p e la n a mezzo di una pila esterna. Si possono avere due casi: A) polarizzazione diretta: la pila è collegata col morsetto positivo al materiale P e col negativo al materiale N. In questo caso il campo elettrico a cavallo del cristallo è diretto in modo da spingere dei portatori maggioritari positivi a entrare dalla zona P nella N e dei portatori maggioritari negativi a passare dalla zona N alla P. Poiché i portatori maggioritari possono attraversare con facilità la giunzione p-n e il materiale P non si impoverisce di portatori positivi né quello N di portatori negativi, i maggioritari vengono continuamente riforniti dalla pila esterna. B) Polarizzazione inversa: si colleghi ora la batteria esterna con il morsetto positivo al materiale N e col negativo al materiale P. Il senso del campo elettrico è ora tale da spingere solo i portatori minoritari ad attraversare la giunzione, mentre i portatori maggioritari tendono a essere allontanati dallo strato di svuotamento che qui si allarga. In questo modo la corrente che attraversa la giunzione è minima e non aumenta che pochissimo all'aumentare della tensione perché anche per livelli bassi della tensione esterna applicata tutti i portatori minoritari si possono considerare in movimento per condurre. Un dispositivo di questo tipo pertanto conduce la corrente se il senso è tale da impartirgli una polarizzazione diretta, mentre non la conduce se è in polarizzazione inversa; si tratta quindi di un diodo a s. ║ Dispositivi a s.: numerosissimi sono i dispositivi elettronici che impiegano dei s., tra questi il diodo a s. Esso viene impiegato diffusamente nei circuiti radio e televisivi e digitali come rivelatore, demodulatore, raddrizzatore di correnti alternate, matrici di decodifica, disaccoppiamenti e così via. Sue varianti sono il diodo Zener, usato per stabilizzare tensioni o creare una polarizzazione di livello rigoroso, il diodo a tunnel, usato come amplificatore e per circuiti bistabili a elevata velocità di commutazione, e il diodo controllato o SCR che possiede un terzo elettrodo tramite il quale si può comandare il flusso di corrente che viene impiegato in circuiti raddrizzatori, nella stabilizzazione delle tensioni, nelle accensioni elettroniche per automobili e così via. Citiamo inoltre i transistor e i circuiti integrati; del primo dispositivo esistono diversi tipi: a punte di contatto, a barriera superficiale, a lega, a giunzione accresciuta, mesa, a doppia diffusione e, infine, a effetto di campo. Il transistor è essenzialmente un apparato di amplificazione, nel quale una corrente (o tensione) in uscita viene comandata da una corrente (o tensione) in ingresso che è proporzionalmente molto minore. Pertanto trova impiego nei circuiti di amplificazione di qualsiasi genere (audio, televisivi, in strumentazione, controlli elettronici, ecc.) come pure nei circuiti digitali (calcolatori elettronici, strumenti, circuiti di telecomunicazione, ecc.) e in circuiti di stabilizzazione, controllo e protezione di tensione. Altri impianti sono rappresentati dai circuiti integrati costruiti con silicio per mezzo di una tecnica detta planare che permette di realizzarne contemporaneamente un certo numero; esistono inoltre: 1) Fotocellule: dispositivi che presentano una resistenza variabile al variare della luce che incide sulla loro superficie (celle fotoconduttrici) o che presentano ai loro due morsetti una tensione proporzionale alla radiazione incidente (celle fotovoltaiche). 2) Termistori: sono dei resistori variabili, la cui resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura, dell'ordine di qualche percento per ogni grado centigrado di aumento della temperatura. Sono impiegati sia per strumenti di misura (termometri di notevole precisione) sia per compensare altri elementi in circuito elettronico, in quanto ad esempio nei resistori comuni a impasto o a strato la resistenza aumenta con la temperatura. 3) Termocoppie: utilizzando una giunzione p-n si può costruire una termocoppia, cioè un dispositivo che dà ai suoi capi una forza elettromotrice proporzionale alla temperatura della giunzione stessa. Esso può essere impiegato sia come elemento di misura della temperatura sia per la conversione diretta di energia termica in energia elettrica. 4) LED: con questa sigla, derivata dall'inglese Light Emitting Diodes, cioè diodi emettitori di luce, si intendono quei dispositivi a s. che emettono radiazioni luminose allorché vengono sottoposti ad una tensione o corrente di senso opportuno. Sostanzialmente questi dispositivi funzionano come delle celle fotovoltaiche. Vale a dire che, sottoposti a una tensione generano dei fotoni, che vengono emessi o nello spettro visibile o in una regione prossima ad esso, ad esempio nell'infrarosso. Un altro s. che appare molto adatto per diodi elettroluminescenti è il fosfoarseniuro di gallio GaAsP, che emette direttamente nel campo del rosso, con un picco attorno ai 650 ÷ 660 nanometri. ║ Principali s.: molti s., ad esempio l'ossiduro di rame, il solfuro di rame, l'ossido di zinco, ecc., possono essere considerati sia intrinseci sia estrinseci, secondo il punto di vista. La loro conducibilità infatti è dovuta soprattutto alla presenza di imperfezioni nel reticolo cristallino. Materiali s. estrinseci possono poi essere prodotti a partire da numerosi composti non s., introducendo in essi piccole quantità di una specie atomica diversa da una di quelle presenti; comunemente la specie drogante ha valenza superiore o inferiore di una unità rispetto a quella che sostituisce nel reticolo. Volendo classificare i s., si possono distinguere arbitrariamente le seguente classi: 1) Elementi: sono il boro, il silicio, il germanio, lo stagno grigio, il selenio e il tellurio, appartenenti al III, IV e VI gruppo (sottogruppo A) della tavola periodica degli elementi. 2) Composti III-V: sono composti binari di un elemento del III e uno del V gruppo della tavola periodica. Ricordiamo tra questi l'antimoniuro di indio (InSb), il fosfuro di gallio (GaP), l'arseniuro di gallio (GaAS). Questi composti hanno per lo più una struttura cristallina simile a quella del diamante, e quindi a quella del silicio e del germanio. Anche nei loro cristalli ogni atomo si trova al centro di un tetraedro, circondato da quattro atomi che stanno ai vertici di questo: ogni atomo centrale è però circondato da quattro atomi della specie opposta. 3) Composti II-VI: sono composti binari fra elementi del II e del VI gruppo della tavola periodica. Questa classe comprende moltissimi s., distinguibili in solfuri, seleniuri, tellururi. 4) Composti I-VII: fra elementi del I e del VII gruppo si possano produrre s., anche se i composti di questo tipo, come lo ioduro di argento AgI, hanno scarse applicazioni pratiche. 5) Gruppo della galena: il piombo (IV gruppo) dà s. con gli elementi del VI gruppo. 6) Altri composti inorganici: esistono altri numerosi composti inorganici che si comportano come s. ma che non sono classificabili nei gruppi sopra menzionati. Si tratta sia di ossidi (Cu₂O, ZnO, ecc.), di solfuri (Cu₂S, ecc.), sia di altri composti binari (Mg₂Sb₂, MgI₂, Bi₂Te₃, Bi₂Se₃, ecc.) e ternari (HgIn₂Te₄, NiMn₂O₄, ecc.). 7) S. organici: materiali che presentano tutte le caratteristiche dei s.: hanno una resistività a temperatura ambiente di solito compresa fra 10¹ e 10¹⁵ ohm · cm, ma fortemente decrescente con la temperatura, presentano fotoconduttività spiccata e così via.