Elettronica di base: Che cosa è un semiconduttore?

Semiconduttori sono ampiamente utilizzati nei circuiti elettronici. Come suggerisce il nome, un semiconduttore è un materiale che conduce corrente, ma solo in parte. La conduttività di un semiconduttore è compresa tra quella di un isolatore che non ha quasi conducibilità, e un conduttore, che ha quasi pieno conducibilità. La maggior parte dei semiconduttori sono cristalli fatti di alcuni materiali, più comunemente silicio.

Per capire come funzionano i semiconduttori, è necessario prima capire un po 'come gli elettroni sono organizzati in un atomo. Gli elettroni in un atomo sono organizzati in strati. Questi strati sono chiamati conchiglie. Il guscio esterno è chiamato il guscio di valenza.

Gli elettroni in questa shell sono quelli che formano legami con atomi vicini. Tali obbligazioni sono chiamati legami covalenti. La maggior parte dei conduttori hanno un solo elettrone nel guscio di valenza. Semiconductors, d'altra parte, hanno tipicamente quattro elettroni nel guscio di valenza.

Se tutti gli atomi vicini sono dello stesso tipo, è possibile che tutti gli elettroni di valenza di legarsi con elettroni di valenza di altri atomi. Quando ciò accade, gli atomi si dispongono in strutture chiamate cristalli. Semiconduttori sono fatti di questi cristalli, di solito cristalli di silicio.

Qui, ogni cerchio rappresenta un atomo di silicio, e le linee tra gli atomi rappresentano gli elettroni condivisi. Ciascuno dei quattro elettroni di valenza in ciascun atomo di silicio è condiviso con una vicina atomo di silicio. Così, ogni atomo di silicio è legato con altri quattro atomi di silicio.

Elettronica di base: Che cosa è un semiconduttore?

Cristalli di silicio puro non sono tutto ciò che utile elettronicamente. Ma se si introduce piccole quantità di altri elementi in un cristallo, il cristallo inizia a condurre in modo interessante.

Il processo di volutamente introdurre altri elementi in un cristallo è chiamato doping. L'elemento introdotto dal drogaggio è chiamato un drogante. Controllando con attenzione il processo di doping e droganti che vengono utilizzati, cristalli di silicio in grado di trasformare in uno dei due tipi distinti di conduttori:

  • N-semiconduttore di tipo: Creato quando il drogante è un elemento che ha cinque elettroni nel suo strato valenza. Fosforo è comunemente utilizzato per questo scopo.

    Gli atomi di fosforo uniscono destra nella struttura cristallina del silicio, ognuno bonding con quattro atomi di silicio adiacenti proprio come un atomo di silicio sarebbe. Poiché l'atomo di fosforo ha cinque elettroni nel suo guscio di valenza, ma solo quattro di loro sono legati ad atomi adiacenti, il quinto elettrone di valenza viene lasciato uscire con nulla per legare a.

    Gli elettroni di valenza extra nei atomi di fosforo cominciano a comportarsi come gli elettroni di valenza singoli in un conduttore normale come il rame. Essi sono liberi di muoversi. Poiché questo tipo di semiconduttore ha elettroni supplementari, si chiama un semiconduttore di tipo N.

    Elettronica di base: Che cosa è un semiconduttore?

  • Semiconduttore di tipo P: accade quando il drogante (ad esempio boro) ha solo tre elettroni nel guscio di valenza. Quando una piccola quantità è incorporato nel cristallo, l'atomo è in grado di legarsi con quattro atomi di silicio, ma dal momento che ha solo tre elettroni da offrire, viene creato un foro. Il foro si comporta come una carica positiva, in modo semiconduttori drogati in questo modo sono chiamati P-tipo semiconduttori.

    Come una carica positiva, fori attraggono gli elettroni. Ma quando un elettrone si muove in un foro, l'elettrone lascia un nuovo foro nella sua posizione precedente. Così, in un semiconduttore di tipo P, i fori sono costantemente in movimento intorno all'interno del cristallo come elettroni cercano costantemente di riempirli.

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Quando la tensione è applicata sia ad un tipo N o di un semiconduttore di tipo P, flussi di corrente, per la stessa ragione che scorre in un conduttore regolare: Il lato negativo della tensione spinge elettroni, e il lato positivo li tira. Il risultato è che il movimento casuale elettrone e la lacuna che è sempre presente in un semiconduttore diventa organizzata in una direzione, creando corrente elettrica misurabile.