Semiconduttori

Il silicio è il semiconduttore più usato

Cosa sono semiconduttori o materiali per semiconduttori?

IL semiconduttori o materiali per semiconduttori Questi sono elementi che svolgono la funzione di driver o isolanti in modo selettivo, a seconda delle condizioni esterne a cui sono soggetti, come temperatura, pressione, radiazioni e campi magnetici o elettrici.

Nella tabella periodica sono presenti 14 elementi a semiconduttore, tra cui silicio, germanio, selenio, cadmio, alluminio, gallio, boro, indiano e carbonio spiccano. I semiconduttori sono solidi cristallini con conducibilità elettrica media, quindi possono essere usati dualmente come driver e un isolante.

Se vengono utilizzati come conduttori, in condizioni determinate condizioni consentono la circolazione della corrente elettrica, ma solo in un certo senso. Inoltre, non hanno un'alta conduttività come quella dei metalli conduttivi.

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

Al momento, questo tipo di elementi viene utilizzato per gli sviluppi tecnologici nel campo dei sistemi di telecomunicazioni, controllo del segnale e elaborazione, sia nelle applicazioni nazionali che industriali.

Tipi di semiconduttori

Esistono diversi tipi di materiali a semiconduttore, a seconda delle impurità che presentano e della loro risposta fisica a diversi stimoli dell'ambiente.

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 sottostante.

Ogni atomo di un semiconduttore intrinseco ha 4 elettroni di valenza; cioè, 4 elettroni in orbita nello strato più esterno di ciascun atomo. A sua volta, ciascuno di questi elettroni forma i collegamenti a elettroni adiacenti.

In questo modo, ogni atomo ha 8 elettroni nel suo strato più superficiale, che forma una solida unione tra elettroni e atomi che compongono la rete cristallina.

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.

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Tuttavia, la conduttività del semiconduttore intrinseco aumenta ogni volta che 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 correttamente diretti da una differenza potenziale elettrica, possono contribuire alla circolazione della corrente all'interno della rete cristallina.

In questo caso, gli elettroni liberi saltano alla banda di guida e sono indirizzati al polo positivo della potenziale fonte (una batteria, ad esempio).

Il movimento degli elettroni di Valencia induce un vuoto nella struttura molecolare, che si traduce in un effetto simile a quello che produrrebbe un carico positivo sul sistema, quindi sono considerati vettori di carico positivo.

Quindi, c'è un effetto inverso, poiché alcuni elettroni possono cadere dalla banda di guida allo strato di Valencia che rilascia energia nel processo, che si chiama ricombinazione.

Semiconduttori estrinseci

Si formano includendo impurità all'interno di conduttori intrinseci; cioè, attraverso l'incorporazione di elementi trivalenti o pentavalenti.

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

Sostituendo un atomo di semiconduttore intrinseco con un atomo di un altro componente, è possibile ottenere due tipi di semiconduttori estrinseci, che sono dettagliati di seguito.

Tipo semiconduttore p

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

Gli elementi intrusi all'interno della struttura sono chiamati elementi di doping. Esempi di questi elementi per i semiconduttori di tipo P sono boro (B), gallio (GA) o indiano (in).

In mancanza di un elettrone di Valencia per formare i quattro legami covalenti di un semiconduttore intrinseco, il semiconduttore di tipo P ha un vuoto nel collegamento mancante.

Quanto sopra rende il passaggio di elettroni che non appartengono alla rete cristallina attraverso quel vettore di carico positivo.

A causa del carico positivo del collegamento del legame, questo tipo di conduttori viene chiamato con la lettera "P" e, di conseguenza, sono riconosciuti come accettori di elettroni.

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

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Semiconduttore di tipo n

L'elemento intruso nella configurazione è dato da elementi pentavalenti; Cioè, quelli che hanno cinque (5) elettroni nella banda di Valencia.

In questo caso, le impurità che sono incorporate nel semiconduttore intrinseco sono elementi come fosforo (P), antimonio (SB) o arsenico (AS).

I droganti hanno un ulteriore elettrone di Valencia che, non avere un legame covalente da unirsi, è automaticamente libero di muoversi attraverso la rete cristallina.

Qui, la corrente elettrica circola attraverso il materiale grazie al surplus di elettroni liberi forniti dal dopante. Pertanto, i semiconduttori di tipo N sono considerati donatori di elettroni.

Caratteristiche dei semiconduttori

I semiconduttori sono caratterizzati dalla loro doppia funzionalità, efficienza energetica, diversità di applicazioni e basso costo. Le caratteristiche più eccezionali dei semiconduttori sono dettagliate di seguito:

• La tua risposta (driver o isolamento) può variare a seconda della sensibilità dell'elemento a illuminazione, campi elettrici e campi magnetici dell'ambiente.
• Se il semiconduttore è sottoposto a una bassa temperatura, gli elettroni rimarranno uniti nella banda di Valencia e, quindi, gli elettroni liberi non sorgeranno per la circolazione della corrente elettrica. D'altra parte, se il semiconduttore è esposto ad alte temperature, le vibrazioni termiche possono influire sulla solidità dei legami covalenti degli atomi dell'elemento, che è elettroni liberi per la conduzione elettrica.
• La conduttività dei semiconduttori varia a seconda della proporzione di impurità o elementi di doping all'interno di un semiconduttore intrinseco. Ad esempio, se 10 atomi di boro sono inclusi in un milione di atomi di silicio, tale proporzione aumenta la conduttività del composto mille volte, rispetto alla conduttività del silicio in uno stato puro.
• La conduttività dei semiconduttori varia in un intervallo tra 1 e 10^-6 S.cm^-1, A seconda del tipo di elemento chimico utilizzato.
• I semiconduttori compositi o estrinseci possono presentare proprietà ottiche ed elettriche considerevolmente più alte delle proprietà dei semiconduttori intrinseci. Un esempio di questo aspetto è il gallio arseniuro (GAAS), uno usato prevalentemente in radiofrequenza e altri usi delle applicazioni optolettroniche.

Applicazioni a semiconduttore

Elettrodomestici

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

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elettronica

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

Uno degli elementi principali di un circuito integrato sono i transistor. Questi dispositivi svolgono la funzione di fornire un segnale di uscita (oscillatorio, amplificato o rettificato) secondo un segnale di ingresso specifico.

Diodi a circuito elettronico

Inoltre, i semiconduttori sono anche il materiale primario dei diodi utilizzati nei circuiti elettronici per consentire il passaggio della corrente elettrica in un certo senso.

Per il design dei diodi, si formano gomme di semiconduttori estrinseci di tipo P e tipo N. Quando si alternano vettori e donatori di elettroni, viene attivato un meccanismo di equilibrio tra le due aree.

Pertanto, gli elettroni e i buchi di entrambe le aree sono integrati e integrati ove necessario. Ciò si verifica in due modi:

• Si verifica il trasferimento di elettroni della zona di tipo n z. La zona N ottiene una zona di carico prevalentemente positiva.
• Viene presentato un gradino di portatori di elettroni dalla zona p alla zona di tipo n. La zona P acquisisce un carico prevalentemente negativo.

Infine, è costituito un campo elettrico che induce la circolazione della corrente in un certo senso; cioè, dalla zona n all'altra.

Altri dispositivi

Inoltre, quando si utilizzano combinazioni di semiconduttori intrinseci ed estrinseci.

Questo tipo di applicazioni si applica in circuiti integrati come chip di microprocesso che coprono una notevole quantità di elettricità.

Esempi di semiconduttori

Silicio

Il semiconduttore più usato nell'industria elettronica è il silicio (SI). Questo materiale è presente nei dispositivi che compongono i circuiti integrati che fanno parte del nostro giorno per giorno.

Leghe Germanio e in silicio

Le leghe Germanio e Silicio (SIGE) sono utilizzate in circuiti integrati ad alta velocità per radar e amplificatori di strumenti elettrici, come le chitarre elettriche.

Gallio Arseniuro

Un altro esempio di semiconduttore è il gallio arseniuro (GAAS), ampiamente utilizzato negli amplificatori del segnale, in particolare il guadagno elevato e i segnali di rumore basso.