Teoria Sistemi Elettronici

SISTEMI ELETTRONICI

CHIMICA DEI MATERIALI

I materiali utilizzati in elettronica possono essere suddivisi in 3 gruppi: ISOLANTI, CONDUTTORI e SEMICONDUTTORI.

Il parametro in base al quale viene effettuata questa suddivisione è la RESISTIVITÀ ϱ

ϱ < 10^-3 Ω cm CONDUTTORE

10^-3 < ϱ < 10⁵ Ω cm SEMICONDUTTORE

ϱ > 10⁵ Ω cm ISOLANTE

RESISTENZA elettrica

La resistenza R di un elemento denota la sua proprietà di opporsi al passaggio di corrente elettrica e si misura in Ohm (Ω).

R = ^{ϱ l}/_S = ^l/_{σ S}

• ϱ: resistività elettrica
• σ: conduttività elettrica
• l: distanza dei punti tra i quali è misurata la tensione
• S: area della sezione ⊥ alla corrente

CONDUTTANZA

La conduttanza G è la capacità di un elemento di condurre la corrente elettrica, si misura in Siemens (S).

G = ¹/_R = ^S/_{ϱ l} = ^{σ S}/_l

CONDUTTORI

Agli atomi si dispongono in modo da condividere più o meno tutti gli elettroni.

Quando si induce un campo elettrico (ΔV ai capi) gli elettroni vengono accelerati e a regime si ha una corrente che determina non elettricità.

SISTEMI ELETTRONICI

CHIMICA DEI MATERIALI

I materiali utilizzati in elettronica possono essere suddivisi in 3 gruppi: ISOLANTI, CONDUTTORI e SEMICONDUTTORI.

Il parametro in base al quale viene effettuata questa suddivisione è la RESISTIVITÀ ρ

ρ < 10^-3 Ω cm

CONDUTTORE

10^-3 < ρ < 10⁵ Ω cm

SEMICONDUTTORE

ρ > 10⁵ Ω cm

ISOLANTE

RESISTENZA elettrica

La resistenza R di un elemento denota la sua proprietà di opporsi al passaggio di corrente elettrica e si misura in Ohm (Ω)

R = ρ ℓ / S = ℓ / σS

• ρ: resistività elettrica
• σ: conduttività elettrica
• ℓ: distanza dei punti tra i quali è misurata la tensione
• S: area della sezione ⊥ alla corrente

CONDUTTANZA

La conduttanza è la capacità di un elemento di condurre la corrente elettrica, si misura in Siemens (S)

G = 1 / R = S / ρℓ = σS / ℓ

CONDUTTORI

Gli atomi si dispongono in modo da condividere più o meno tutti gli elettroni

Quando si induce un campo elettrico (ΔV ai capi) gli elettroni vengono accelerati e a regime hanno una velocità che determina non... elettrica

Semiconduttori

• Elementari: elementi del IV gruppo

• Silicio (Si)
• Germanio (Ge)
• Carbonio (C) sotto forma di grafite

• Composti

• III gruppo
• Arseniuro di Gallio (GaAs)
• Fosfuro di Gallio
• II + VI gruppo

I materiali possono essere classificati anche in base alle caratteristiche della distribuzione degli atomi

• Amorfi: struttura disordinata
• Cristallini: distribuzione regolare
• Policristalli: insieme di cristalli

Per sfruttare le proprietà dei semiconduttori è tuttavia necessario utilizzare materiali in forma cristallina.

Es.: Silicio (IV gruppo ➔ 4 cristalli orbitale esterno n° atomico = 14)

Rappresentazione bidimensionale del reticolo cristallino del silicio

Rappresentazione 3D del reticolo cristallino del Silicio

Sottoponendo il reticolo ad un certo campo elettrico

più è esterno il guscio, minore è l’energia necessaria per “staccare” l’elettrone

più aumenta la temperatura, maggiore è la probabilità che si “stacchino” gli elettroni

in condizioni di neutralità avrò lo stesso numero di lacune e di elettroni liberi

a T = 0K (o zero assoluto):Tutti i legami sono soddisfatti e gli orbitali più esterni sono completi (isolante)

Al crescere di T, viene fornita energia termica al reticolo cristallino, causando la rottura di alcuni legami covalenti→ Qualche elettrone può partecipare alla conduzione

Formazione di una coppia elettrone-lacuna in seguito alla rottura di un legame covalente

n: concentrazione di cariche negative (elettroni liberi)p: ” ” ” positive (lacune)

In un cristallo di silicio puron = p = ni = B T^3/2 e^(-Eq/2kT)

forte dipendenza da T

Eq: ampiezza banda proibita del semiconduttore

k = costante di Boltzmann(8,62×10^-5 eV/K)

Quando l’elettrone si allontana dall’atomo di Silicio (per es.

a ca