Appunti esame: Elettronica generale

Elettronica generale

Semiconduttori

Isolanti σ=10^-20 ÷ 10^-8.

Conduttori σ=10⁴ ÷ 10⁸, vale la legge di Ohm per tutti e tre (V=RI).

Semiconduttori e R=ρ_l= _h⁵ per un filo conduttore con σ=1 [Ω cm] conducibilità.

• Isolante: H₂O (Acqua), legame covalente. Gli urti dovuti all'agitazione termica possono avere abbastanza energia da spezzare il legame, e liberare elettroni di conduzione. Questi elettroni, naturalmente, sono pochissimi ed è per ciò che il materiale è un isolante.
• Conduttore: ²⁹Cu (Rame), ha un solo elettrone nel guscio di valenza, legame metallico (nube elettronica libera di muoversi), con conseguente facilità di condurre corrente e calore. Gli atomi "cedono" debolmente tali elettroni.
• Semiconduttore: elementi del 4° gruppo principale e composti binari, ternari e quaternari (leghe) formati da elementi del 3° e 5° gruppo. Quello più diffuso è il silicio, usato per tutto tranne che per i display perché non emette luce.

Fisica dei semiconduttori

Lavorazione del silicio

Il silicio deve essere puro in forma cristallina, deve quindi essere purificato dato che si trova combinato con altri elementi. Per la purificazione si fonde un minerale contenente silicio allora gli elementi più pesanti (non di silicio) andranno verso il basso e quindi questi può essere estratto con un livello di purezza del 98% circa. Si prosegue con la distillazione dello stesso, sciogliendolo nell'acido per farlo diventare liquido (diventa triclorosilicato, SiHCl₃) e poi procedo con una classica...

Elettronica generale

Semiconduttori

Isolanti σ = 10^-20 10^-8.

Conduttori σ = 10^-8 10^-4, vale la legge di Ohm per tutti e tre (V=RI) e R= ρ ∕ s per un filo conduttore.

Semiconduttori σ [Ω^-1 cm^-1] conducibilità.

• Isolante: H₂O (Acqua) - legame covalente. Gli urti dovuti all'agitazione termica possono avere abbastanza energia da spezzare il legame e liberare elettroni di conduzione. Questi elettroni, naturalmente, sono pochissimi ed è per ciò che il materiale è un isolante.
• Conduttore: ²⁹Cu (Rame), ha un solo elettrone nel guscio di valenza. Legame metallico (nube elettronica libera di muoversi), con conseguente facilità di condurre corrente e calore. Gli atomi 'tengono' debolmente tali elettroni.
• Semiconduttori: elementi del 4^o gruppo principale e composti binari, ternari e quaternari (leghe) formati da elementi del 3^o e 5^o gruppo. Quello più diffuso è il silicio, usato per tutto tranne che per i display perché non emette luce.

Fisica dei semiconduttori

Lavorazione del silicio

Il silicio deve essere puro in forma cristallina, deve quindi essere purificato dato che si trova combinato con altri elementi. Per la purificazione si fonde un minerale contenente silicio allora gli elementi più pesanti (non il silicio) andranno verso il basso e quindi questo può essere estratto con un livello di purezza del 98% circa. Si prosegue con la distillazione dello stesso, sciogliendolo nell'acido per farlo diventare liquido (diventa triclorsilicio, SiHCl₃), e poi procedo con una classica distillazione, ottenendo triclorosilicato puro. Infine con un’altra reazione chimica, riottengo Si_(puro) ma liquido. A temperatura ambiente però, “solidifica” come un vetro (solido amorfo), che è solo un liquido ma molto viscoso. Per ottenere il silicio cristallino lo si fa diventare liquido e si appoggia un singolo cristallo di silicio. Gli altri atomi si attaccano seguendo le parti cristalline. Piano piano alzo il cristallo iniziale che tira a sé tutto il resto del silicio e, raffreddandosi diventa un singolo grande cristallo di silicio (monocristallo appunto). Dopodiché si taglia a fette molto sottili.

Reticolo cristallino del silicio

A 0 K gli elettroni sono attaccati ai legami di appartenenza e di conseguenza non conduce corrente (meglio semiconduttore). Aumentando la temperatura l’agitazione termica libera degli elettroni dai legami. A temperatura ambiente (300 K) ci sono n_i~10⁹ cm^-3 (densità di elettroni), gli atomi invece sono N~10²² cm^-3, e la distanza tra due atomi è 0.5·10^-9 m. Gli elettroni rispetto agli atomi sono pochi!

Si comporta come un conduttore per la meccanica quantistica. Conosco la velocità dell’elettrone ma non conosco la posizione,