Elettronica generale - Appunti completi

ELETTRONICA DELLO STATO SOLIDO

Partiamo da V = RI. Questa è in realtà un’equazione integrale e viene fuori dalla risoluzione di un’eq. differenziale a livello atomico, all'interno del conduttore. Supponiamo di avere una barretta a sezione circolare induttorizz e ai cui capi ci siano dei corto circuiti (fili che non hanno resistenza e che ci permettono di applicare una differenza di potenziale). Supponiamo di collegare una batteria ai due capi della barretta (il polo più lungo è quello che ha potenziale maggiore), se il materiale è omogeneo, lo spostamento, non ci sono discontinuità, all'interno della barretta si instaura un CAMPO ELETTRICO costante in ogni punto del conduttore, e va nel verso di spostamento delle cariche positive. Supponendo il metallo omogeneo, possiamo calcolare E = V/L dove V è la differenza di potenziale applicata dall'esterno, mentre L invece è la lunghezza della barretta. La fisica ci dice che se applichiamo un campo elettrico ad una carica libera di muoversi, questa carica comincia a spostarsi con una velocità proporzionale al campo E: raddoppio il campo, raddoppia il campo elettrico altro si forma le cariche.

NB: Il campo elettrico sposta le CARICHE LIBERE o meglio PORTATORI DI CARICHE, quelle particelle che hanno caratteristiche di carica, hanno la possibilità di muoversi. In un metallo sono elettroni che si trovano più cui esterno, quelli cioè che si trovano ad un livello di energia tale che la forza di attrazione verso il nucleo è bassa, quindi basta un piccolo campo per spostarli si muovono. La velocità alla quale si spostano i portatori di carica negativa è direttamente prop. al campo E.

VELOCITA' DI SPOSTAMENTO DI C. NEGATIVE

Dato che le cariche sono negative, il verso in cui queste si spostano è opposto a quello del campo E.Le direzioni sono uguali ma i versi sono discordi.

MOBILITA' DEGLI ELETTRONI

va ci dice, a partire da E, quanto velocemente riesca a far muovere i portatori di carica e quanta corrente riesca a tirar fuori da un dispositivo. Maggiore è la mobilità, maggiore è la corrente.

vn = [_cm/s]   G = [^V/_cm]   ->   μn = [^cm/_V·s]

Questa equazione (sui microscopici) è legata alla legge di Ohm (sui macro).

La formula ci dice che Vn è proporzionale ad E. Ma posso immaginare un fenomeno fisico che abbia una velocità infinita. Nella realtà un'eq. entra in crisi quando E diventa estremamente elevato: se induco sempre più E, senza variare n, il campo E in l equazione non funziona più, la velocità comincia a saturare, diciamo che stiamo lavorando in CONDIZIONE DI CAMPO INTENSO O VELOCITÀ SATURATA.

Per calcolare la corrente devo sapere quante cariche si spostano. Se considero la lunghezza del portato l’unita dell’ambiente della mia struttura. I nel nostro caso deriva quindi nel conduttore, posso dire che in un'eq. di campo E posso dire che I nella sua forma Vn posso scriverla.

Carica

Q = - qn

Densità di corrente

_Jn = Q · Vn

Consideriamo un volumetto unitario in cui ho una qt di carica Q. La superficie laterale è libera, unitaria. Applico a queste cariche un campo elettromagnetico esterno (E) che fa muovere le cariche nella dimensione. Questa qt di carica che attraversa la faccia del cubo è pari al valore di Q / 2 dal secondo t sul t ² ci passa il vettore via anche quello al fianco si è già getto, quello al fianco è continua

Possiamo scrivere ▫ Jn = -qn (-µnE) = qnµnE

La corrente complessiva che attraversa l’intero conduttore _I = A ▫ Jn

=> _I = AqnµnE = AqnµnV _I/L

_V = _I ^{L 1} _{A qnµn} RESISTENZA

n del conduttore dipende da:

• componente geometrica L dipende soltanto da quanto è lunga la corrente e quanto la A faccia larga. Aumento l, aumenta n. Aumento A passando più elettronici, si riduce la n.
• Materiale di realizzazione ¹ _qnµn

Dipende dal materiale utilizzato, perché all’interno c’è la concentrazione dei portatori di carica. Più ce ne sono, più elettronici passano in unità di tempo. Infatti, se n aumenta si riduce n. Il peso di n è uguale al peso della novità, c’è solo una spinta del flusso. Se confronto tra due materiali nel primo ho un basso n, nel secondo alto, quello con un maggiore n ci sarà una maggiore velocità perché la resistenza è più bassa.

Questa parte prende il nome di RESISTIVITÀ DEL MATERIALE ρ, che dipende da n, e di n se voglio ottenere più corrente e quindi devo ridurre n, devo lavorare sulla concentrazione, oppure a parità …

La ρ è il PARAMETRO che ci permette di distinguere:

• CONDUTTORI ▫ (ρ < 10^-3Ω · cm)
• SEMICONDUTTORI
• ISOLANTI ▫ (ρ > 10⁵Ω · cm)

SILICIO DI TIPO n

Supponiamo di mettere all’interno del reticolo un atomo di As; i 4 legami covalenti devono agganciarsi agli altri 4 atomi di Si. As mette a disposizione 5 elettroni per formare legami covalenti. Accade che il quinto elettrone non partecipa ai legami di questi, quindi c’è un elettrone libero di muoversi che può essere spostato grazie alla presenza di un campo E.

SILICIO DI TIPO p

Se invece si mette a bordo nella sostanza, di questo tipo il Si si collega 1 atomo di B; ci sono 4 legami covalenti dovuti agli altri atomi di Si e poi il B ha altri 3 elettroni che non può utilizzare per formare altri 4 legami covalenti. Qui manca 1 legame covalente, e si esiste una LACUNA che a sua volta può essere spostata grazie ad un campo E.

Si dice che:

• ARSENICO E FOSFORO sono DROGANTI DONATORI perché mettono nella struttura elettroni in più
• BORO è un ACCETTORE perché assorbe un elettrone nella struttura generando una lacuna.

Quando realizzo un solido, posso bruciarlo e farlo poi raffreddarlo (processo di ossidazione)

IMPIANTAZIONE IONICA

Ecco perché c'è una regione ben precisa.

Va notato anche che l'estensione della regione di carica spaziale a SX della giunzione è diversa da quella della regione di dx della giunzione, perché l'estensione dipende dal livello dei droganti in quella regione.La carica di accumulamento in modulo è uguale a quella a SX, perché la somma della carica dovuta alle v._app non c'è accumulo di carica nel dispositivo.Devo accumulare per una "pressione maggiore" una carica minore per controbilanciarela carica dall'altro lato che è ad un livello più alto.

Da un p.d.v. elettrico, avviene qualcosa nella regione di giunzione, c'è un campo ed in quella parte le linee non quantizzate, la differenza di potenziale è quella che genera la corrente di trasporto. Si dice tra la regione p e la regione nc'è una barriera di potenzialeche impedisce alla corrente di diffusione di continuaread esistere all'infinito.

"Il potenziale cresce verso dx (i doppi cappi a sx), a dx θ")quindi il potenziale a SX è più basso di quelloa dx. Nella regione di carica spaziale c'è unatensione che aumenta, la diff. di potenzialea cavallo della giunzione viene detta Tensione di barriera o tensione di Built in Vbi, che si forma in questo meccanismoin maniera autonoma, cioè senza nessunforzamento esterno. E dell'ordine digrandezza di 4 1v/1.1 2v ca npon. (o