Schemi completi per Esami Materiali

Passa molta corrente

Dovuta a ricombinazione di lacune ed elettroni

Polarizzazione isolanti in cui il gap di energia è colmabile

Silicio, Germanio, Solfuro di Cadmio

Cosa sono per attivazione termica

Giunzione isolante

Arseniuro di Gallio, Antimoniuro di Indio

(Eg < 2eV, soglia arbitraria)

Inversa

Cristalli perfetti

Puri(no atomi diversi)

Elettroni eccitati termicamente passano dalla banda di valenza a quella di conduzione-

collegato alla parte di tipo P,

+ collegato alla parte di tipo N

Lacune lasciate nella banda di valenza si comportano come cariche positive(apparenti)

configurazione p-n-p o n-p-n

Dispositivi σ μ_lacuna) μ μ_elettrone

Conduttività = nq (μ_elettrone + _lacuna < perché i muovono più

aumento di tensione nella giunzione 1 μ

con = mobilità lentamente

cariche passano attraverso

la giunzione è una regione sottile di tipo n (detta base), tra due regioni p (collettore ed emettitore). Ogni Si è collegato a altri 4 atomi di Si. L'aumento di corrente nella giunzione 2 raggiunge il collettore. L'incremento della tensione ai capi della giunzione intrinseca. Esempio: Silicio. L'amplificazione della tensione avviene attraverso due giunzioni p-n in serie. Il transistor permette il movimento degli elettroni nella banda di conduzione. La resistenza di carico. Un elettrone abbandona un legame Si-Si, causando il movimento di una lacuna. Le lacune sono formate dai legami mancanti degli elettroni di valenza. La conduttività aumenta esponenzialmente all'aumentare della temperatura, secondo la legge di Arrhenius. L'effetto della temperatura. La polarizzazione diretta dell'emettitore-base. La polarizzazione inversa del base-collettore. Il campo elettrico al gate richiama lacune. I semiconduttori accumulano cariche all'interfaccia con silice vetrosa, permettendo il passaggio di cariche.

MOSFET
Grafico 1/T - ln conduttività
Aggiunta di atomi pentavalenti
Elettrone donato è un elettrone di conduzione
Es. Fosforo, Arsenico, Antimonio
σ μ_elettrone = nq
Conduzione elettronica dominante
Giunzione P-N formata da strato N sottile su
strato P
basta fornire Eg - Ed energia per far passare
Eg = Energia Band-Gap
elettroni in banda di conduzione
Ed = Livello energia donatore
Celle fotovoltaiche
Fotone che arriva in zona di giunzione neutra
promuove formazione di coppia elettrone-
Circolazione di corrente
tipo N
A temperature elevate promuovo solo
lacuna
Applicazioni
elettroni si Si, nella zona di esaurimento tutti
gli elettroni donati sono stati promossi
(Giunzione P-N polarizzata direttamente
conduttività costante), a bassa temperatura
minore barriera energetica di attivazione
LED(Light Emitting

Diode)

Emissione di fotoni dovuta alla ricombinazione di cariche

Comportamento al variare della temperatura

Impurezze del Si(4+) da parte di elementi estrinseci adiacenti in tavola periodica

Grafico 1/T - ln conduttività

Aggiunta di atomi trivalenti

Es. Boro, Alluminio, Gallio

L'atomo aggiuntivo riceve un elettrone extra, creando una lacuna: carica mobile positiva

L'elettrone del silicio passa al livello accettore (ad energia più alta della banda di valenza)

Tipo P

Grafico 1/T - ln conduttività

Materiali con caduta drastica della resistività sotto una certa temperatura critica (spesso vicino lo zero assoluto)

Superconduttori

ρR = l / A

σ = 1/ρ (conduttività elettrica)

ρ con resistività elettrica, proprietà del

Es. mercurio, ceramici, ossido di ittrio

Legge di Ohm: V = R i

materiale ρ aumenta

all'aumentare della temperatura e‎l lunghezza del conduttore ‎con la presenza di difetti(impurezze, ecc...)‎A area della sezione del conduttoreI‎ principali sono: ossido di alluminio, vetro, σ μ‎ = n q‎polietilene, diamante ‎Conduzione elettrica ‎Conducibilità varia a seconda di ‎conduzione può essere data sia da‎n densità dei portatori di carica‎Aumento di temperatura non rende ‎La banda di valenza è satura e distante dalla ‎cariche negative sia da cariche positive‎q carica trasportata‎comunque possibile la conduzione ‎banda successiva(gap > 2eV) μ‎ mobilità‎Isolanti‎Elevata resistenza al flusso di corrente ‎Comportamento‎elettrica ‎Dipende dalla struttura elettronica‎(dielettrici)‎Si definisce dielettrico un materiale ‎elettrico‎polarizzabile ‎Rame insieme ad altri elementi aumenta la‎I principali sono: alluminio, rame,

ferro &lrm;resistività, poiché il mot degli elettroni è &lrm;Dielettrici che presentano una polarizzazione &lrm;ostacolato dalle imperfezioni nel reticolo&lrm;spontanea &lrm;Materiali ferroelettrici &lrm;Gli orbitali esterni configurano una banda &lrm;Alzando la temperatura gli elettroni nella&lrm;Conduttori&lrm;Es. Titanato di Bario &lrm;non satura &lrm;banda possono muoversi e condurre&lrm;L'agitazione termica del reticolo cristallino&lrm;comporta una riduzione della mobilità di&lrm;Differenza di potenziale sviluppata in&lrm;Varia a seconda della coppia di metalli &lrm;Termocoppie &lrm;elettroni&lrm;funzione del salto termico&lrm;Coppia di armature separate da materiale &lrm;Applicazioni&lrm;Condensatore&lrm;dielettrico&lrm;Deformazione meccanica induce una&lrm;polarizzazione elettrica(differenza di &lrm;Piezoelettricità&lrm;voltaggio) &lrm;Leghe di ferro e carbonio&lrm;(C= 2,5/2,5%)&lrm;Produzione per riduzione di ossido di ferro

in altoforno mediante carbon coke Silicio sposta punto eutettico verso percentuali inferiori di carbonio Carbonio presente sotto forma di grafite (formazione grazie al silicio) Grafite in lamelle appuntite Discontinuità della matrice Concentrazione degli sforzi applicati Frattura Grafite in matrice ferritica Se Si=3% e raffreddamento lento Grigie Microstruttura costituita da meno rigido dell'acciaio, ma più leggero Grafite in matrice perlitica Di alluminio Se Si<3% e raffreddamento veloce Ghisel eghe invecchiabili(duralluminio) hanno resistenze competitive con gli acciai Modesta resistenza a trazione, bassissima duttilità, scarsa tenacità, capacità di più leggere di quelle in alluminio Di magnesio smorzare le vibrazioni, resistenza all'usura e alla corrosione maggiore resistenza al creep Leghe non

ferrose‎Di titanio ‎Bassi tenori di silicio e elevate velocità di‎molto resistenti, leggere e resistenti a ‎raffreddamento‎corrosione ‎Bianche ‎Durissima ed estremamente fragile‎eccellente conducibilità termica ed elettrica ‎Di rame ‎(a causa della quantità di cementite)s‎ opporta alte temperature ‎Ghise di alta qualità(resistenti e duttili)‎Di nichel‎alta resistenza alla corrosione ‎Comparabili ad acciai‎Sferoidali‎Metalli f‎ ormata aggiungendo lo 0,1% di magnesio o‎Grafite sferoidale ‎cerio nella ghisa fusa‎Laminazione‎Estrusione ‎Lega di ferro e carbonio‎Stampaggio ‎Carbonio compreso tra lo 0,05 e 2%‎Forgiatura ‎nessun elemento >5%‎Basso-legati‎Processi di lavorazione‎Colata ‎Alta resistenza e durezza‎Trafilatura ‎Alto-legati ‎almeno un elemento di lega >5%f‎ usione delle parti da unire in prossimità

della Saldatura C = 0,2/0,25% saldabili e facilmente lavorabiligiunzione con materiale d'apporto Acciai Acciai al carbonio C = 0,4/0,6% usato in edilizia e costruzione di macchinef usione del solo materiale di apporto, con Brasaturainter-diffusione C > 0,6% elevata durezzaSinterizzazione Lega Fe-C-Cr%Cromo > 11%(con anche aggiunte diINOX strato ossido protettivo resistenza alla corrosionemicrostruttura ferritica o austeniticaa seconda di carbonio e nichel Sinergismo: materiale con caratteristicheAccoppiamenti di 2 o più materiali con generalmente superiori a quelle dei singolicaratteristiche spesso diverse costituentiComposto da matrice(legante) emateriale di rinforzoTipo di faseMetalli, ceramici, polimeriMorfologia delle fasiCosa sonoParticelle, fibrose,

appiattite‎

Agisco su ‎

Es: Porosità è normalmente un difetto‎

Concentrazione delle fasi ‎

Se >30% è fase determinante(es schiume)‎

Distribuzione delle fasi‎

Orientazione delle fibre e particelle appiattite‎

NON sono materiali polifasici(es. Fe-C,ε ε_particelle‎ _matrice = ‎leghe...)‎

Principio di aderenzaσ σ_matrice σ_particelle‎ _composito = +σ σ_rinf‎ _matrice / E_matrice = / E_rinf ‎es. calcestruzzo, ovvero matrice di cementoi‎

nterazione matrice-rinforzo a livello ‎con sabbia e ghiaia; gomme rinforzate con‎

Grosse ‎macroscopico ‎nerofumo‎

Rinforzati con particelle‎

Materiali‎

Composito rinforzato con fibre sottoposto a ‎es. compositi a matrice metallica, come