Elettronica analogica e digitale

ELETTRONICA ANALOGICA

Semiconduttori e diodi

In natura, in merito alla conduzione elettrica, esistono tre tipi di materiali:

• isolanti (materiali che bloccano il flusso di elettroni)
• conduttori (materiali che permettono il passaggio di elettroni)
• semiconduttori (materiali la cui conducibilità può essere controllata permettendo o meno il passaggio di elettroni).

Nell'elettronica rivestono un ruolo fondamentale i semiconduttori, motivo per il quale ci concentreremo su di essi.

La legge che lega la conducibilità σ [S/m] e la temperatura T [K] in un semiconduttore è di proporzionalità inversa. All'aumentare della temperatura la conducibilità diminuisce.

Elettronica analogica

Semiconduttori e diodi

In merito alla conduzione elettrica, esistono tre tipi di materiali:

• isolanti (materiali che bloccano al flusso di elettroni)
• conduttori (materiali che permettono il passaggio di elettroni)
• semiconduttori (materiali la cui conducibilità può essere controllata permettendo o meno il passaggio di elettroni)

Nell'elettronica ricoprono un ruolo fondamentale i semiconduttori, motivo per il quale ci concentreremo su di essi.

La legge che lega la conduttività σ [S/m] e la temperatura T [K] in un semiconduttore è di proporzionalità inversa. All'aumentare della temperatura la conduttività diminuisce.

I semiconduttori si dividono in tre grandi categorie:

SEMICONDUTTORI

• MONOCRISTALLINI
  • Elementi semiconduttori (Si, Ge) usati per sensori carichi e dispositivi
  • Composti semiconduttori (GaAs, ecc.) usati per creare i LED
• AMORFI
  • Semiconduttori a struttura cristallina disordinata
• ORGANICI
  • OLED (costituito in normativa manuale)

Generalmente la differenza tra questi due tipo di semiconduttori è cercata nella struttura atomica: nei monocristallini la struttura è ordinata mentre negli amorfi è disordinata (casuale). In ogni caso entrambi a livello atomico hanno una rete di atomi legati tra loro.

Come i moti delle diverse regioni di ogni elettrone possiedono un’energia che può prendere o meno dei quanta, nei vari livelli energetici.

Nello specifico, quando un elettrone prende parte ad un sistema atomico o cristallino, i legami che consentono che i vari elettroni sono portati fuori a questi livelli energetici. È importante contenervi su due particolari livelli energetici:

energia eV

BANDA DI CONDUZIONE, qui gli elettroni sono muoversi liberamente

BAND GAP (distanza energetica)

BANDA DI VALENZA, qui sono presenti gli elettroni che possono prendere parte ai legami

La “distanza” tra la banda di conduzione e la banda di valenza determina, a livello atomico, il materiale di qui vi sono parlando.

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Nel caso dei conduttori le due bande sono sovrapposte. Nel caso degli isolanti sono troppo lontane fra loro, appunto, anche se un elettrone acquisisse energia non potrebbe comunque porarsi in conduzione.

Nei semiconduttori il BAND GAP è tale da permettere ancora conduzione. Nello specifico la BAND GAP nel silicio è di _{Vg = 1,12 eV}

Ma per mezzo di cosa avviene quindi la conduzione? Avviene per mezzo dei due elementi: elettroni e lacune.

Quando un elettrone possiede energia sufficiente per poter passare da livello libero passa dalla valenza alla conduzione lasciando dietro una lacuna.Questa processo è detto "generazione". Il processo inverso è detto "ricombinazione".

È di fondamentale importanza capire che sia gli elettroni che le lacune partecipano alla conduzione.

Il silicio (Si) è il semiconduttore più usato in quanto costa poco, è molto diffuso nella terra e la tecnologia di sviluppo di dispositivi in silicio è molto avanzata. Ha una struttura cristallina ordinata e possiede 4 elettroni nella banda di valenza. Questi elettroni sono obbligati nello spazio e formano il semiconduttore.

Quando un elettrone spontaneamente della banda di valenza possiede sufficiente energia può divenire motore della banda di conduzione. Sarà una libero di moveresi e, la lacuna (che ha come posizione in quanto per definizione è assenza di elettrone) può ora essere occupata da un altro elettrone libero.

Supponiamo di avere, elettricamente parlando, le seguenti situazioni: un campo elettrico applicato e lacune ed elettroni.

A causa del campo elettrico elettroni e lacune permetteranno la conduzione.

Nello spazio gli elettroni prenderanno il posto delle lacune.

La lacuna si è portata. Per convenzione si assume la corrente avere la stessa direzione di movimento delle lacune.

Distinguiamo sub