semiconduttori

Dispositivi elettronici: DIODI
I SEMICONDUTTORI: presentano caratteristiche elttriche intermedie tra
quelle dei conduttori e degli isolanti.

la resistività a 20°C di un semiconduttore è molto più elevata di quella
di un conduttore;

mentre per i metalli la resistività aumenta con la temperatura, per i
semiconduttori essa diminuisce con l’aumentare della temperatura
I semiconduttori che hanno importanza in campo tecnico sono:

silicio (preferito perché presenta una maggiore stabilità termica)

germanio

selenio
I materiali semiconduttori presentano tutti 4
elettroni di valenza posizionati nell’orbita più
esterna. Essi hanno l’abitudine a formare strutture
atomiche sufficientemente stabili in quanto
nell’edificio cristallino possono mettere in comune
gli elettroni dell’orbita periferica in un otteto.
Un legame di questo tipo è detto covalente. E’
come se ogni atomo possedesse otto elettroni
sull’orbita di valenza: quattro propri e quattro provenienti da altrettanti atomi
vicini.
Aumentando la temperatura cresce l’energia di movimento degli elettroni ed
alcuni di essi si liberano dal legame covalente rendendosi liberi e disponibili
alla conduzione elettrica nel caso venga applicato un campo elettrico.
I semiconduttori, a temperatura ambiente, si comportano come discreti
conduttori elettrici:
 peggiori dei conduttori come il rame;
 migliori degli isolanti come la gomma.
Semiconduttori drogati
A fini tecnici è necessario aumentare sensibilmente la conducibilità elettrica e
diminuire la dipendenza dalla temperatura.
Nella maggior parte delle applicazioni i semiconduttori vengono impiegati in
forma “drogata” aggiungendo ad esempio una parte di impurità contro 100
milioni di parti del semiconduttore.
Essi sono di due tipi:
1. tipo p : con 3 elettroni di
valenza (come boro, gallio ed
indio) L’aggiunta di impurità tipo
p altera il normale equilibrio
elettroni liberi-lacune del
semiconduttore provocando un
eccesso di lacune. Le impurità di
tipo p vengono chiamate
accettori (in quanto accettano un elettrone)
2. tipo n: con 5 elettroni di valenza ( come
antimonio, fosforo e arsenico). Nel tipo n
il quinto elettrone può essere facilmente
separato dall’atomo diventando un
elettrone libero; avremo quindi un
eccesso di elettroni liberi nel
semiconduttore. Le impurità di tipo n
vengono chiamate donatori in quanto
donano un elettrone.
La lettera n deriva dal fatto che la conduzione avviene prevalentemente
attraverso il motto di cariche negative e la lettera p a causa di cariche
positive.
Il diodo semiconduttore: giunzione PN
Si abbia una barretta di
semiconduttore drogato da un lato
di tipo p e dall’altro di tipo n. Esse
formano una giunzione pn.
Si produrrà per diffusione lo
scorrimento spontaneo degli
elettroni di n, situati a ridosso della
giunzione, verso la zona p dove
andranno a colmare altrettante
lacune.
Il fenomeno tuttavia, raggiunto uno
stato di equilibrio, si arresta perché:
 la zona n privata di cariche negative, si trova con eccedenza di
cariche positive fisse (ioni) ed assume un potenziale positivo;
 la zona p, privata di cariche positive, si trova con eccedenza di
cariche negative fisse (ioni) ed assume conseguentemente un
potenziale negativo.
La polarità che si crea frena il fenomeno della
diffusione sino ad arrestarlo completamente.
Il componente a due terminali così ottenuto prende il
nome di diodo.
Se alimentiamo il diodo con una sorgente esterna di tensione si potrà avere
due possibilità di funzionamento:
1 Giunzione pn polarizzata inversamente I ~0
In questo caso la diffusione è ulteriormente
ostacolata: nel diodo non può stabilirsi alcuna
corrente ed il componente si comporta come un tratto
di circuito aperto.
2 Giunzione pn polarizzata direttamente:
condizione per V>Vs
In questo caso è favorito il fenomeno della
diffusione. Tende a stabilirsi un passaggio di corrente
che, esiguo sino alla tensione di soglia Vs, diviene
sempre maggiore tanto da rischiare di
compromettere il componente.
In questo caso è necessario collegare in serie al diodo una resistenza di
limitazione.
Vs= valore di soglia pari a:
 0,5 [Volt] per i diodi al silicio
 0,2 [Volt] per i diodi al germanio