Base dei diodi semiconduttori

Introduzione
Nei circuiti elettrici ed elettronici esistono due tipi di componenti a semiconduttori. Sono composti sia da componenti attive che passive. Nei circuiti di progettazione elettronica, i diodi sono i componenti attivi più importanti e i resistenti sono i componenti passivi più importanti. I diodi sono essenzialmente dispositivi unidirezionali di materiali a semiconduttori con una relazione esponenziale per le caratteristiche di tensione corrente.
I tre materiali essenziali utilizzati nell’elettronica sono gli isolatori, i semiconduttori e i conducenti. Questi materiali sono classificati in base alle loro proprietà elettriche. La resistenza elettrica, nota anche come resistenza elettrica, è una misura dell’efficacia con cui un materiale resiste al flusso di una corrente elettrica attraverso di esso.

I semiconduttori sono cruciali per la produzione di circuiti elettronici e di dispositivi integrati. La conduttività dei semiconduttori può essere facilmente modificata modificando la temperatura e la concentrazione del doping durante il processo di fabbricazione. La capacità dei materiali semiconduttori di guidare l’elettricità è notevolmente aumentata aggiungendo una quantità specifica di impurezze al tetto cristallino, che produce più elettroni liberi che buchi.

Quando si aggiungono piccole quantità di impurezze ai materiali a semiconduttori, le loro proprietà cambiano radicalmente. Il doping è il processo di alterazione dell’equilibrio degli elettroni e dei buchi nel tetto di cristallo di silicio incorporando gli atomi impuriti.

Conduttori

I conducenti sono fatti di materiali a bassa resistenza con valori di resistenza nei micro-ohm per metro (/m). I conducenti sono metalli con una resistenza elettrica estremamente bassa dell’ordine di 1 x ohm metri. Questi metalli hanno molti elettroni liberi.

Questi elettroni liberi lasciano lo strato di valenza dell’atomo originario e formano una corrente elettrica, che è una deriva di elettroni. Di conseguenza, i metalli sono eccellenti conducenti elettrici.

I metalli come il rame, l’alluminio, l’oro e l’argento, nonché i metalli non metallici come il carbonio, sono tra i materiali di guida più antichi. La maggior parte dei conducenti metallici sono buoni conducenti elettrici, con bassa resistenza e alti valori di conduzione.

Isolatori
Gli isolatori, a differenza dei conducenti, sono fatti di non metalli con valori di resistenza dell’ordine di 1 x ohm metri. Poiché gli elettroni ultraperiferici sono strettamente legati tra loro in legami covalenti, i non metalli hanno pochi o nessun elettroni liberi che circolano attraverso di loro o all’interno della struttura atomica parentale. Poiché gli elettroni sono caricati negativamente, le particelle caricate positivamente all’interno del nucleo attirano facilmente elettroni liberi all’interno dello strato di valenza.

Poiché non vi sono elettroni liberi, quando si applica un potenziale positivo, non vi sarà corrente elettrica che attraversa il materiale, con le sue proprietà isolanti. Di conseguenza, gli isolatori (non metallici) sono conducenti elettrici inadeguati.

Semiconduttori
I semiconduttori hanno le proprietà elettriche tra isolatori e conducenti. Esempi intelligenti di semiconduttori perfetti sono il silicone (Si), il germanium (Ge) e l’arsenuro di gallio (GaAs). Questi elementi hanno solo pochi elettroni all’interno della struttura atomica parentale che formano un tetto di cristallo.

Il silicone, materiale di base a semiconduttori, contiene quattro elettroni di valenza all’interno dell’ involucro esterno che formano quattro forti legami covalenti con quattro atomi di silicio adiacenti, in modo che ogni atomo condivida un elettroni con l’atomo vicino creando un forte legame covalente. I atomi di silicone sono organizzati in forma di griglia, creando loro una struttura cristallina.

Riassunto dei dati di base dei semiconduttori
I materiali di tipo N sono il tipo di materiali formati aggiungendo elementi del gruppo 5 (atomi pentavalenti di impurità) ai cristalli dei semiconduttori e conducendo la corrente elettrica per movimento di elettroni.
Semiconduttori di tipo N
Gli atomi impuriti sono elementi pentavalenti.
Gli elementi impuriti con cristallo solido danno un gran numero di elettroni liberi.
Anche le impurezze Pentavalenti sono chiamate donatori.
Il doping dà il minor numero di buchi rispetto al numero di elettroni liberi.
Il doping con gli elementi del gruppo 5 determina una carica positiva dei donatori e un carico negativo di elettroni liberi.
I materiali di tipo P sono un tipo di materiali formati quando al cristallo solido vengono aggiunti elementi del gruppo 3 (atomi trivalenti di impurità). In questi semiconduttori il flusso corrente è dovuto principalmente ai buchi.
Semiconduttori di tipo P
Gli atomi impuriti sono elementi trivalenti.
Gli elementi trivalenti producono un numero eccessivo di buchi che accettano sempre gli elettroni. Pertanto le impurezze trivalenti sono chiamate accettatori.
Il doping dà il minor numero di elettroni liberi rispetto al numero di buchi.
Il doping produce accettatori caricati negativamente e buchi caricati positivamente.
Sia il tipo p che il tipo N sono elettricamente neurali da soli perché il contributo degli elettroni e dei buchi necessari per la conduzione del flusso elettrico è uguale a causa della coppia di fori elettrici-fori.

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