Fisica dei semiconduttori

Elettronica generale: fisica dei semiconduttori

Materiali

I materiali si dividono in 3 categorie:

• Isolanti: 10¹⁰ ≤ σ 8 Ω^-1 cm^-1 ⇒ conducibilità molto bassa
• Conduttori: 10^-2 ≤ σ -6 Ω^-1 cm^-1
• Semiconduttori: 10^-8 ≤ σ -2 Ω^-1 cm^-1

Nota: La conducibilità diversa distingue le 3 categorie.

Per questi 3 materiali vale la Legge di Ohm.

Legge di Ohm

La tensione [V] applicata è pari al prodotto tra resistenza [R] e corrente [I].

V = R · I

V = tensione [V]

R = resistenza [Ω]

I = corrente [A]

II legge di Ohm

R = ρ L / S

ρ = resistività

L = lunghezza

S = sezione

ρ = 1 / σ ⇒ Resistività

σ = Conducibilità

σ [Ω^-1 cm^-1]

Isolanti: nel caso li considereremo come perfetti, cioè non conducono corrente indipendentemente dalle tensioni applicate.

Conduttori: all'interno di un circuito elettrico saranno equipotenziali. Cioè un conduttore all'interno di un circuito elettrico avrà sempre la stessa tensione.

Elettrotecnica generale: fisica dei semiconduttori

Materiali

Materiali si dividono in 3 categorie:

• Isolanti: 10¹² < θ < 10¹⁸ Ω^-1 cm^-1 => conducibilità molto bassa
• Conduttori: 10^-2 < θ < 10⁸ Ω^-1 cm^-1
• Semiconduttori: 10^-8 < θ < 10^-2 Ω^-1 cm^-1

Nota: la conducibilità diversa distingue le 3 categorie.

Per questi 3 materiali vale la "Legge di Ohm".

Legge di Ohm

La tensione [V] applicata è pari al prodotto tra resistenza [R] e corrente [I].

I legge Ohm

V = R · I

V = tensione [V]

R = resistenza [Ω]

I = corrente [A]

II legge Ohm

R = ρ · L / S

ρ = resistività

L = lunghezza

S = sezione

Nota: III legge di Ohm!

La resistenza aumenta all'aumentare della lunghezza, mentre diminuisce all'aumentare della sezione. ρ cioè la resistività è anche il reciproco della conducibilità.

Isolanti: nel caso li considereremo come perfetti, cioè non conducono corrente indipendentemente dalla tensione applicata.

Conduttori: all'interno di un circuito elettrico saranno equipotenziali, cioè un conduttore all'interno di un circuito elettrico avrà sempre la stessa tensione.

Semiconduttori

Il vero nome dei semiconduttori è semi-isolanti perché hanno caratteristiche simili agli isolanti. La conduzione che avviene nei semi-conduttori è molto simile a quella che avviene negli isolanti.

Torniamo alla I legge di Ohm

[V = R·I]

Tensione: è il prodotto tra il campo elettrico [E] e la distanza [L].

E·L = Rη

F = I · L = Rη

Q(I · L) → (η)

F ∝ η

Questo è dovuto all'attrito.

La corrente che scorre in un conduttore è dominata dall'attrito, l'attrito degli elettroni sugli atomi.

Quindi la forza e la velocità diventano proporzionali. → Causa attrito.

Importante: Nel mondo reale l'attrito fa sì che la forza è proporzionale alla velocità e non all'accelerazione.

Esempio

Se applico in un materiale una tensione V, ci sarà:

I = V/R → e quindi: ci sarà una dissipazione di potenza pari a:

P = V·I = V/R = I²·R

→ Potenza dissipata

Conduttore

Sono conduttori elettrici quei materiali che possono essere attraversati da corrente elettrica, ossia in cui le cariche possono muoversi.

La conduzione immessa è data a causa dei tanti elettroni liberi.

Consideriamo il rame [Cu]

Cu ⇒ numero atomico 29. Vuol dire che all'interno del nucleo ci sono 29 protoni e altrettanti neutroni quindi vuol dire che ha una carica +29q (q è la carica elementare dell'elettrone).

Il numero 29 rimarrà mentre attiva degli elettroni. Questi elettroni che ruotano intorno al nucleo si distribuiscono in stati:

• Il primo stato detto corteccia dove stanno 2 elettroni
• Un secondo stato che contiene 8 elettroni
• Un terzo stato che ne contiene 18
• E un quarto stato che ne contiene 1

Struttura

L'energia necessaria a portare via questi elettroni è poca.

Massa atomica: 63.546

Configurazione elettronica: 2,8,18,1

Nota: avere un singolo elettrone, visto che sta lì da solo, è molto facile che se ne va.

Proprietà [metalli]

Nella corteccia più esterna ci sta un singolo elettrone o al massimo 2.

[Calore]