Appunti e dimostrazioni di Elettronica generale

Isolanti e Conduttori

Gli isolanti hanno una conducibilità tra 10^-20 e 10^-8 s·cm^-1.

I conduttori

I semiconduttori a cavallo tra due.

Nel Si puro le c.a è 10^-6 s·cm^-1.

In un materiale isolante gli atomi sono legati da legami covalenti e formano un reticolo cristallino. A temperatura ambiente gli atomi vibrano intorno sensibilmente raggiunge che è basso per quebra gemma i legami; ma in un dato istante questa può essere abbondantemente e liberar un [e^-], l'energia per liberare un [e^-] è molto alta quindi più [e^-] e anche [e^-] (liberi) sono molto pochi e la corrente si considera nulla. Con T aumentata #di [e^-] molto di più di quanto la mobilità diminuisca quindi la conducibilità.

In un metallo gli atomi si legano l'uno con l'altro formando un reticolo immerso in un mare di [e^-] liberi e mobili, è per questo che la conducibilità è elevata. Andando più nello specifico, quando gli atomi si legano più gli atomi hanno una bassa energia di ionizzazione quindi l' [e^-]. Tutti gli elettroni esterni sono liberi. Il #di [e^-] è costante con T, la mobilità con T.

→ conduttività con T

Semiconduttori

I semiconduttori hanno conducibilità maggiore degli isolanti ma minore dei conduttori. Gli atomi sono legati da legami covalenti, come negli isolanti, la conducibilità con T.

Si utilizzano semi con, elementi della IV colonna ma anche colonna o D⇒x S⇒x, esistono anche composti quaternari; non veri composti eterovalenti ma più leghe. Elementi come il Si hanno [e^-] esterni quindi non hanno preferenza a donarlo o fare legami covalenti (donare o aggiuntore [e^-]).

Mobilità

μ = qτ/m

q: carica elementare dell'elettrone

τ: t medio tra un urto e l'altro

m: massa elettronica

Dipendente da T

CONDUTTIVITÀ

• Q = carica elementare
• n = carica q per unità di volume
• μ = mobilità

ELETTRONI NEI SEMICONDUTTORI

Come per gli isolanti a T. amb. ci sarà una certa quantità di _e^- mobili.

Nel Si, a T. amb. (T = 300 K) la concentrazione di elettroni liberi è circa 10¹⁰ cm^-3 la concentrazione di atomi è ca. 10²² cm^-3 Quindi a T. amb. un legame ogni mille miliardi è spezzato dall'agitazione termica.

LACUNE

Nei Si, conduttori come negli isolanti la corrente è data solo degli elettroni liberi e dei lati positivi di margine fissi. Nei semiconduttori quanto è applicata una tensione si sviluppa una corrente di cariche negative e di cariche positive "virtuali".

EFFETTO TUNNEL

Un elettrone legato ad un atomo può essere visto come in una buca di potenziale. Un elettrone libero quando trova una buca di potenziale ci casca dentro perdendo la sua energia sotto forma di calore e non può più uscirne.

Ma grazie alla fisica quantistica gli _e^- si possono spostare di buca in buca. Quando un elettrone si muove non è un corpo rigido ma un pacchetto d'onda Ψ(x,t), in particolare |Ψ(x,t)|² è la densità di probabilità d'avere un elettrone, la distanza tra atomo e atomo è di circa 5 nm e la D di un elettrone è 10 nm quindi l'elettrone può teletrasportarsi nella buca.

SILICIO INTRINSECO

Nel silicio a t. ambiente ci sono elettroni liberi, applicando un campo elettrico avviene una piccola velocità di deriva J = μnE (μn mobilità, nel Si: 1350 cm²/Vs).

Ogni elettrone liberato quando una buca di potenziale detta ofama un elettrone in una buca per materializzarsi in un'altra del Si come se ci fosse un movimento di (buche di potenziale) lacune andrà per le buone si può parlare di velocità di deriva J_p = μ_pE

μ_p: 550 cm²/Vs

In uno di tipo p il # di e diminuisce quindi E_f e i livelli quasi

in prossimità di E_v.

E_f è uguale per materiali in contatto elettrico.

Diodo:

Il diodo è composto da una giunzione pn e su ogni giunzione è

presenta un contatto elettrico detto reoforo.

La corrente che scorre in un diodo ideale è

i_ds = I₀s (e^V/n - 1) V_t è la tensione termica e

I ₀s

quando V > 2V posso approssimare ad i~I₀s e^V/n

Dopo 0,6V (tecnica di soglia) la corrente inizia ad aumentare

esponenzialmente, a 0,18V è aumentata di un fattore mille.

La tensione sul diodo varia poco circa 0,2V infatti la tensione

massima di 0,8V.

Retta di carico, punto di lavoro e polarizzazione:

La retta di carico è data da

i_D = ^{V_f − V_D}/₍_R₎

e mi dà l'andamento di I_D in funzione

di V_D. L'intersezione con l'andamento

della corrente ideale mi dà il punto di

lavoro o punto di polarizzazione con cui

conosco esattamente I_D e V_D.

Dato da V_D è al max 0,6V =>

^{(I₀ − Ž − I_D)}/₍_R₎

Regione di svuotamento:

Nella zona p è una concentrazione di lacune p=N_A e n=

nella zona n c è n= N_D e p=

Le differenze di concentrazione danno luogo ad un movimento.

Di diffusione gli elettroni migrano dalla zona n lasciando ioni

positivi fissi e le lacune migrano dalla zona p lasciando

ioni negativi fissi generati dalla ricombinazione di elettroni e lacune

di una perdita quindi agli ioni fissi un campo elettrico che frena

le correnti di diffusione. Per semplicità consideriamo una

regione di svuotamento completamente svuotata tra la zona n e la

zona p.

MOSFET a canale n ad arricchimento per grandi tensioni:

Nello studio del MOSFET non si è tenuto conto della caduta di tensione per effetto ohmico lungo il canale; questo perché il canale era una sua resistenza e la tensione V_DS varia da punto a punto. Infatti su V_DS è la lunghezza del canale s_t1 - V_DS. Quindi la tensione ai capi del ossido sarà V_DS= (1 - V_DS). Dato che sia la densità di carica sia il potenziale del potenziale aumenta da punto a punto ci aspettiamo che anche la corrente vari, il che è impossibile. Questo dice che: quando la densità cala, la velocità degli elettroni aumenta. Si arriva alla caratteristica completa del MOSFET e

Il valore della corrente nel che = I_DS = 2 K_n (V_GS - V_t)² seguendo la parabola ₂ appaertura di b, la corrente diminuisce invece aumenta costante.

Regione ohmica

L_DS = << (V_GS - V_t) ² V_DS

Regione lineare

Dato che la densità di carica dipende da V_DS - V_t quando x = L pone V_D al (x) = 0 ovvero il canale non esiste xL

V_ox(1 - x/L) = V_GS - V_IL 2 es

- V_DS - V_GS - V_DS + V - V_t

La densità di carica al livello di soglia e gua aumentando V_DS capiamo in un punto dove il canale s'interrompe, come si potrebbe pensare la corrente ne puoi diminuire e ossereà possendo un aumento della corrente d'accomulamento al canale.

Nella realtà la velocità di deriva degli elettroni è proporzionale al campo elettrico (solo per valori bassi). Per piccoli valori c'è una diminuzione della mobilità finchè non raggiunge un valore Max di saturazione. Questa la velocità lungo il canale si stabilità tra il il la = il canale alla densità di carica. Nel aumento della V_DS il punto dove inizia il canale si allontana dal P_BAN₁ e si avvicina al SOURCE.

Strotolino vd" "

_L / ₂ ed poi i nostri MOSFET