Tipi, applicazioni ed esempi di semiconduttori

il semiconduttore sono elementi che svolgono selettivamente la funzione di conduttori o isolanti, a seconda delle condizioni esterne a cui sono sottoposti, come temperatura, pressione, radiazioni e campi magnetici o elettrici.

Nella tavola periodica sono presenti 14 elementi semiconduttori, tra cui silicio, germanio, selenio, cadmio, alluminio, gallio, boro, indio e carbonio. I semiconduttori sono solidi cristallini con una conduttività elettrica media, quindi possono essere utilizzati in modo doppio come conduttore e isolante.

Se vengono utilizzati come conduttori, in determinate condizioni le condizioni consentono la circolazione della corrente elettrica, ma solo in una direzione. Inoltre, non hanno una conducibilità elevata come quella dei metalli conduttivi.

I semiconduttori sono utilizzati in applicazioni elettroniche, in particolare per la fabbricazione di componenti come transistor, diodi e circuiti integrati. Vengono anche utilizzati come accessori o accessori per sensori ottici, come i laser a stato solido e alcuni dispositivi di alimentazione per sistemi di trasmissione di energia elettrica.

Al momento, questo tipo di elementi viene utilizzato per sviluppi tecnologici nei settori delle telecomunicazioni, dei sistemi di controllo e dell'elaborazione dei segnali, sia nelle applicazioni domestiche che in quelle industriali.

indice

• 1 tipi
  • 1.1 Semiconduttori intrinseci
  • 1.2 semiconduttori estrinseci
• 2 caratteristiche
• 3 applicazioni
• 4 esempi
• 5 riferimenti

tipo

Esistono diversi tipi di materiali semiconduttori, a seconda delle impurità che presentano e della loro risposta fisica a diversi stimoli ambientali.

Semiconduttori intrinseci

Sono quegli elementi la cui struttura molecolare è costituita da un singolo tipo di atomo. Tra questo tipo di semiconduttori intrinseci c'è il silicio e il germanio.

La struttura molecolare dei semiconduttori intrinseci è tetraedrica; cioè, ha legami covalenti tra quattro atomi circostanti, come presentato nell'immagine qui sotto.

Ogni atomo di un semiconduttore intrinseco ha 4 elettroni di valenza; cioè, 4 elettroni in orbita nello strato più esterno di ciascun atomo. A loro volta, ciascuno di questi elettroni forma legami con gli elettroni adiacenti.

In questo modo, ogni atomo ha 8 elettroni nel suo strato più superficiale, che forma una solida unione tra gli elettroni e gli atomi che formano il reticolo cristallino.

A causa di questa configurazione, gli elettroni non si muovono facilmente all'interno della struttura. Pertanto, in condizioni standard, i semiconduttori intrinseci si comportano come un isolante.

Tuttavia, la conduttività del semiconduttore intrinseco aumenta quando la temperatura aumenta, poiché alcuni elettroni di valenza assorbono l'energia termica e si separano dai legami.

Questi elettroni diventano elettroni liberi e, se sono adeguatamente indirizzati da una differenza nel potenziale elettrico, possono contribuire alla circolazione della corrente all'interno del reticolo cristallino.

In questo caso, gli elettroni liberi salgono alla banda di conduzione e passano al polo positivo della fonte potenziale (una batteria, per esempio).

Il movimento degli elettroni di valenza induce un vuoto nella struttura molecolare, che si traduce in un effetto simile a quello che produrrebbe una carica positiva nel sistema, quindi sono considerati come portatori di carica positivi.

Quindi, si verifica un effetto inverso, poiché alcuni elettroni possono cadere dalla banda di conduzione allo strato di valenza rilasciando energia nel processo, che è chiamato ricombinazione.

Semiconduttori estrinseci

Si conformano includendo le impurità all'interno dei driver intrinseci; cioè incorporando elementi trivalenti o pentavalenti.

Questo processo è noto come drogaggio e mira ad aumentare la conduttività dei materiali, per migliorare le proprietà fisiche ed elettriche di questi.

Quando si sostituisce un atomo a semiconduttore intrinseco per un atomo di un altro componente, si possono ottenere due tipi di semiconduttori estrinseci, che sono dettagliati di seguito.

Tipo di semiconduttore P

In questo caso, l'impurità è un elemento semiconduttore trivalente; cioè con tre (3) elettroni nel suo guscio di valenza.

Gli elementi intrusivi all'interno della struttura sono chiamati elementi di drogaggio. Esempi di questi elementi per semiconduttori di tipo P sono il boro (B), il gallio (Ga) o l'indio (In).

Mancando un elettrone di valenza per formare i quattro legami covalenti di un semiconduttore intrinseco, il semiconduttore di tipo P ha una lacuna nel collegamento mancante.

Questo rende il passaggio di elettroni che non appartengono alla rete cristallina attraverso questo foro di portatore di carica positivo.

A causa della carica positiva dello spazio del collegamento, questo tipo di conduttori viene chiamato con la lettera "P" e, di conseguenza, vengono riconosciuti come accettori di elettroni.

Il flusso di elettroni attraverso i fori del legame produce una corrente elettrica che scorre nella direzione opposta alla corrente derivata dagli elettroni liberi.

Tipo di semiconduttore N

L'elemento intrusivo nella configurazione è dato da elementi pentavalenti; cioè, quelli che hanno cinque (5) elettroni nella banda di valenza.

In questo caso, le impurità che sono incorporate nel semiconduttore intrinseco sono elementi come il fosforo (P), l'antimonio (Sb) o l'arsenico (As).

I droganti hanno un elettrone di valenza in più che, non avendo un legame covalente per unirsi, è automaticamente libero di muoversi attraverso il reticolo cristallino.

Qui, la corrente elettrica circola attraverso il materiale grazie all'eccedenza di elettroni liberi forniti dal drogante. Pertanto, i semiconduttori di tipo N sono considerati donatori di elettroni.

lineamenti

I semiconduttori sono caratterizzati dalla doppia funzionalità, dall'efficienza energetica, dalla diversità di applicazioni e dal basso costo. Di seguito sono elencate le caratteristiche più importanti dei semiconduttori.

- La tua risposta (conduttore o isolante) può variare a seconda della sensibilità dell'elemento all'illuminazione, ai campi elettrici e ai campi magnetici dell'ambiente.

- Se il semiconduttore è sottoposto a una bassa temperatura, gli elettroni saranno tenuti insieme nella banda di valenza e, quindi, non si genereranno elettroni liberi per la circolazione della corrente elettrica.

Al contrario, se il semiconduttore è esposto a temperature elevate, le vibrazioni termiche possono influenzare la forza dei legami covalenti degli atomi dell'elemento, lasciando liberi gli elettroni per la conduzione elettrica.

- La conduttività dei semiconduttori varia a seconda della proporzione di impurità o elementi di drogaggio all'interno di un semiconduttore intrinseco.

Ad esempio, se 10 atomi di boro sono inclusi in un milione di atomi di silicio, tale rapporto aumenta la conducibilità del composto un migliaio di volte, rispetto alla conduttività del silicio puro.

- La conduttività dei semiconduttori varia tra 1 e 10^-6 S.cm^-1, a seconda del tipo di elemento chimico utilizzato.

- I composti o semiconduttori estrinseci possono presentare proprietà ottiche ed elettriche notevolmente superiori alle proprietà del semiconduttore intrínsecos.Un esempio di questo aspetto è arseniuro di gallio (GaAs), prevalentemente utilizzato nelle applicazioni delle radiofrequenze e altre applicazioni optoelettroniche.

applicazioni

I semiconduttori sono ampiamente usati come materia prima nell'assemblaggio di elementi elettronici che fanno parte della nostra vita quotidiana, come i circuiti integrati.

Uno dei principali elementi di un circuito integrato sono i transistor. Questi dispositivi assolvono la funzione di fornire un segnale di uscita (oscillatorio, amplificato o raddrizzato) in base a un segnale di ingresso specifico.

Inoltre, i semiconduttori sono anche il materiale principale dei diodi utilizzati nei circuiti elettronici per consentire il passaggio della corrente elettrica in una sola direzione.

Per la progettazione di diodi vengono realizzati giunti a semiconduttore estrinseco tipo P e tipo N. Alternando elementi portanti e donatori di elettroni, viene attivato un meccanismo di equilibrio tra le due zone.

Pertanto, elettroni e fori in entrambe le zone si intersecano e si completano a vicenda laddove necessario. Ciò si verifica in due modi:

- Si verifica il trasferimento di elettroni dalla zona di tipo N alla zona P. La zona di tipo N ottiene una zona di carico prevalentemente positiva.

- Esiste un passaggio di elettroni che trasportano fori dalla zona di tipo P alla zona di tipo N. La zona di tipo P acquisisce una carica prevalentemente negativa.

Infine, viene creato un campo elettrico che induce la circolazione della corrente in una sola direzione; cioè dalla zona N alla zona P.

Inoltre, l'uso di combinazioni di semiconduttori intrinseci ed estrinseci può produrre dispositivi che svolgono funzioni simili a un tubo a vuoto che contiene il suo volume centinaia di volte.

Questo tipo di applicazioni si applica ai circuiti integrati come, ad esempio, i chip a microprocessore che coprono una considerevole quantità di energia elettrica.

I semiconduttori sono presenti in dispositivi elettronici che utilizziamo nella nostra vita quotidiana, come apparecchiature di linea marrone come televisori, lettori video, apparecchiature audio; computer e telefoni cellulari.

Esempi

Il semiconduttore più comunemente utilizzato nell'industria elettronica è il silicio (Si). Questo materiale è presente nei dispositivi che compongono i circuiti integrati che fanno parte della nostra giornata.

Il germanio e le leghe di silicio (SiGe) sono utilizzate nei circuiti integrati ad alta velocità per radar e amplificatori di strumenti elettrici, come le chitarre elettriche.

Un altro esempio di semiconduttore è l'arseniuro di gallio (GaAs), ampiamente utilizzato negli amplificatori di segnale, in particolare i segnali con alto guadagno e basso livello di rumore.

riferimenti

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