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