Esa es una pregunta sorprendentemente complicada.
En primer lugar, lo más importante para los microprocesadores disponibles en el mercado son los transistores y diodos confiables y bien definidos, basados en uniones pn.
Confiable implica que bajo ninguna circunstancia debe una unión semiconductora actuar como un metal. Sin embargo, todos los semiconductores hacen eso tan pronto como los colocas demasiado.
Esto implica que para los dispositivos de semiconductores comerciales, necesita los llamados semiconductores ligeramente dopados . Obviamente, usted quiere que los átomos dopantes sean los átomos dominantes no relacionados con el silicio, por lo que cualquier otra clase de átomo, para que no sea realmente insignificante para las bandas involucradas, debe ser al menos dos o tres órdenes de magnitud más rara.
Entonces, ¿qué es un semiconductor ligeramente dopado ? Las definiciones difieren, pero la conclusión es que el semiconductor no debe estar degenerado, es decir,
$$ \ begin {align}
E_c - \ mu & \ gg k_BT \\
\ mu - E_v & \ gg k_BT \\
\ end {align} $$
debe sostener.
Aquí, \ $ E_c \ $ y \ $ E_v \ $ son las energías en las bandas de conducción y de valencia, cada una, que están fijas para un semiconductor determinado. \ $ \ mu \ $ sin embargo, es el llamado Fermi-level , que es el nivel de "equilibrio de probabilidad de ocupación". En otras palabras, a temperatura ambiente, es probable que un electrón esté en ese nivel de energía (50%). Lo que las desigualdades por encima de la demanda es que la distancia desde ese nivel hasta los bordes de la banda es lo suficientemente grande como para evitar que las cargas fluyan de forma espontánea.
\ $ \ mu \ $ depende del dopaje, ya que es una función del número de portadores de carga. Ahora, no soy un experto en la producción de semiconductores en sí mismo, pero supongo que con los puntos típicos en la región de \ $ 10 ^ {- 15} \ text {cm} ^ {- 3} \ $, y la masa molar de silicio, puede llegar lo suficientemente lejos para tener una idea de lo que es técnicamente necesario para los transistores de bijunción basados en silicio puro. Luego, agregue un poco de margen de seguridad: las estructuras son muy pequeñas, por lo que un grupo de digamos 3 átomos no deseados ya podría ser bastante, por lo que la probabilidad de que esto se elimine lo suficiente por debajo de su rendimiento aceptable. Se reduce a un compromiso de tamaño / costo / confiabilidad / rendimiento y no se puede dar una respuesta general.
Ahora, estos cálculos se basan en el supuesto de que estamos trabajando en una oblea de silicio con la red de silicio "natural", y en realidad, los IC modernos se basan en SOI, silicio estirado en un aislador (SiO 2 , típicamente). Es muy difícil hablar de pureza en este contexto.