Giunzioni PN e Diodi

6. GIUNZIONI PN

I materiali usato per circuiti integrati è il silicio cristallino, un semiconduttore

INTRODUZIONE

• Se ho due atomi isolati

non interagendo tra di loro. non si

scambiano elettroni e quindi la loro

energia rimarrà costante

• Se ho due atomi che interagiscono

Nel momento in cui due (o più atomi) interagiscono gli elettroni vengono

scambiati e le loro energie variano: si vengono a creare degli intervalli di

energia (banda di E) che possono essere occupati da elettroni

Dal disegno si vedono diversi punti critici:

• Banda di conduzione = Ec: energia minima della banda più alta
• Banda di valenza = Ev: energia massima della banda di bassa
• Banda proibita = Eg: energy gap, banda priva di elettroni

Dal disegno si vedono diversi materiali:

• Eg = 5 eV ➔ isolante
• Eg = 1 eV ➔ semiconduttore (possibilità di superamento della Eg)
• Eg = 0 eV ➔ conduttore (la Ev e Ec: sovrapposizione di bande)

Se considero il Si (silicio) e i suoi legami covalenti:

• T = 0°K ➔ legami intatti
• T > 0°K ➔ legami si possono rompere, creano elettroni liberi

Lo stato corrisponde al far salire gli e- dalla banda di valenza alla conduzione. Gli e- liberi possono risentire della presenza di

campo E esterno, andando a creare corrente (e- liberi si muovono) ➔ infatti negli isolanti ci sono molti meno legami e

quindi la corrente è minore

DROGAGGIO DEL SILICIO

Il silicio è un atomo tetravalente (4e- di valenza). La composizione del disegno si dice intrinseca, cioè formata

Ad esempio al Si, si associano due

1. Drogaggio di tipo N ➔ P-fosforo (eccesso di e-)

• P ➔ petavalente: 4e- uUtilizza per formare i quattro legami col silicio, lasciando un e- libero
• A temperatura ambiente il legame con quel e- libero si rompe, rilasciandolo all'interno della banda (aumenta l)
• Nelle stesse condizioni di tensione e temperatura, il materiale intrinseco avrà corrente minore: Intr l< Ic

2) Drogaggio di tipo P ➔ B-boro (difetto di e-)

N-b: trivalente quindi un legame e in questo modo ho un e- in meno avendo B+

In questo caso: Ick l+

6. GIUNZIONI PN

Il materiale usato per circuiti integrati è il silicio cristallino, un semiconduttorecristallino perfetto a disposizione de gli atomi que formano delle celle elementari i che si ripetono.Importante di ricordare che le distanze e gli ancoli rimangno fissi.

INTRODUZIONE

Considero un sistema cartesiano in cui sull’asse x = distanza interatomodica d [Å] e su y = energia degli elettroni E [evw].

1. Se ho due atomi isolati (non interagendo tra di loro non si scambiano elettronii e quindi la loroenergia rimarrà costante).

2. Se ho due atomi che interagiscono.

   Nel momento in cui due (o più atomi) interagiscono gli elettroni vengonoscambiati e le loro energie variano: si vengono a creare degli intervalli di energie (banda di E) che possono essere occupati da elettroni.

   • Banda di conduzione ➞ Ec: energia minima della banda più alta
   • Banda di valenza ➞ Ev: energia massima della banda più bassa
   • Banda proibita ➞ Eg: energy gap, banda priva di elettroni (a seconda della forma che assume posso identificare il materiale)

Considero due e- che si trovano alla stessa E (per principio di esclusione di Pauli non puòdi due) – si forma una banda, intervallo di energia, che può essere occupata da e-.

In generale Ev e Ec hanno la seguente situazione: le due bande (e c v) vanno a sovrapporsifacendo sì che Ev stia sopra Ec Es. Metalli.

Se consider si (silicio) e i suoi legami covalenti:T = 0ºK = legami intattiT > 0ºK = legami si possono rompere, creano elettroni liberi.

La rottura corrisponde al far salire gli e- dalla banda di vacanza alla conduzione. Gli e liberi possono risentire della presenzà del campo E esterno, andando a creare corrente (e- liberi si muovono) infatti negli isolanti ci sono molti meno legami covalenti quindi la corrente è minore.

DROGAGGIO DEL SILICIO

Il silico è un atomo tetravalente (4 e di valenza). La composizione del disegno si dice intrinseca, cioè formata solo da atomi di Si.

Drogaggio di tipo N

P: fosforo (eccesso di e-)P: petavalente: 4e- u utilizza per fermare i quattro legami col silicio, lasciando un e- libero

• A temperatura ambiente il legame con quel e- libero si rompe, rilasciandolo all'interno della banda (aumenta I)
• Nelle stesse condizioni di tensione e temperatura, il materiale intrinseco avrà corrente minore: Intr < I_n

Drogaggio di tipo P

B: boro (difetto di e-)B: trivalente: mancando un legame e in questo modo ho un e- in meno avendo

• In questo caso: I_n < I_p