Semiconduttori
I semiconduttori possono essere differenziati come intrinseci ed estrinseci in base alla questione della purezza in questione. I semiconduttori di tipo P e di tipo N rientrano entrambi nei semiconduttori estrinseci. Allora, qual e ‘ la differenza?
I semiconduttori hanno un impatto monumentale sul nostro mondo. Si trovano al centro di qualsiasi dispositivo elettrico computerizzato o che utilizza onde radio. Sono spesso fatti di silicio, da qui il nome Silicon Valley dove molte delle più grandi aziende tecnologiche di oggi possono essere trovate – il silicio è al centro di praticamente qualsiasi dispositivo elettronico.,
Il silicio è usato così ampiamente nei semiconduttori perché è un elemento abbondante – può essere trovato in sabbia e quarzo, per esempio – che ha una struttura elettronica ideale. Con quattro elettroni nel suo orbitale esterno, il silicio può formare belle strutture cristalline e i quattro elettroni possono formare legami covalenti perfetti con quattro atomi vicini per creare un reticolo.
Nel carbonio, un altro elemento con quattro elettroni nel suo orbitale esterno, questa struttura cristallina è nota come diamante., Nel silicio, questa struttura cristallina è una sostanza argentata dall’aspetto metallico. Anche se sembrano metallici, i cristalli di silicio non sono, infatti, metalli; un cristallo di silicio è un quasi isolante e solo una piccola quantità di elettricità fluirà attraverso di esso.
Drogando il silicio, tuttavia, tutto questo può essere cambiato,e questo è quando si formano semiconduttori di tipo p e N.
Comprensione dei semiconduttori di tipo p e n
Nei semiconduttori come il silicio, il doping è un processo che introduce intenzionalmente impurità in un semiconduttore intrinseco., Comporta una reazione chimica che consente alle impurità di formare legami ionici con atomi di silicio nel suo cristallo.
Lo scopo del doping è quello di modulare le sue proprietà elettriche, ottiche e strutturali. Quando un semiconduttore ha subito doping, viene quindi indicato come un semiconduttore estrinseco. Al contrario, un semiconduttore in una forma pura non perforata è un semiconduttore intrinseco.
Nel doping del silicio, ci sono due tipi di impurità: tipo n e tipo P.
Nel doping di tipo n, l’arsenico o il fosforo vengono aggiunti in piccole quantità al silicio., Entrambi questi elementi hanno cinque elettroni nei loro orbitali esterni e quindi non sono fuori luogo quando entrano nella struttura cristallina del silicio. Poiché il quinto elettrone non ha nulla a cui legarsi, è libero di muoversi, consentendo a una corrente elettrica di fluire attraverso il silicio.
Nel doping di tipo p, il boro o il gallio sono usati come drogante. Questi elementi hanno ciascuno tre elettroni nei loro orbitali esterni. Quando sono mescolati nel reticolo di silicio, formano “buchi” nella banda di valenza degli atomi di silicio., Ciò significa che gli elettroni nella banda di valenza diventano mobili e i fori si muovono nella direzione opposta al movimento degli elettroni. Poiché il drogante è fissato nel reticolo cristallino, solo le cariche positive possono muoversi. A causa dei fori positivi, questi semiconduttori sono noti come” p-type “(o” p-conduttivo “o”p-drogato”).
Quindi, qual è la differenza?
Nel silicio di tipo n, gli elettroni hanno una carica negativa, da cui il nome n-type., Nel silicio di tipo p, l’effetto di una carica positiva viene creato in assenza di un elettrone, da cui il nome p-type.
La differenza materiale tra drogaggio di tipo n e p è la direzione in cui gli elettroni fluiscono attraverso gli strati depositati del semiconduttore. Sia il silicio di tipo n che p sono buoni (ma non fantastici!) conduttori di elettricità.
Metterli insieme
Il silicio di tipo N e p non è niente di sorprendente da solo. Quando li metti insieme, tuttavia, un comportamento interessante è esposto all’incrocio tra i due.,
Un diodo è l’esempio più semplice possibile di un dispositivo a semiconduttore che utilizza silicio di tipo n e P. Consente a una corrente elettrica di fluire in un’unica direzione. Immagina un tornello in uno stadio di calcio: un diodo è un cancello girevole a senso unico per gli elettroni.
Tutto si riduce alla giunzione p-N., Il silicio di tipo N ha elettroni extra e ci sono atomi sul lato p che hanno bisogno di elettroni, quindi gli elettroni migrano attraverso la giunzione. (In alternativa: il lato p ha fori extra, e ci sono atomi sul lato n che hanno bisogno di fori, quindi i fori migrano attraverso la giunzione.) Questi elettroni e fori-portatori di carica elettrica – vicino alla giunzione si combinano e si annullano a vicenda, lasciando una zona neutra di “esaurimento” in cui non scorre alcuna carica elettrica.,
Tuttavia, gli atomi su entrambi i lati della zona di esaurimento vogliono acquisire elettroni / liberarsi dei fori per diventare neutrali, ma poiché non ci sono portatori di carica liberi nella zona di esaurimento, non possono farlo. Tirano sui vettori di carica che hanno attraversato la giunzione, ma perché la zona di esaurimento non ha alcun vettori di carica a rinunciare, nulla si muove attraverso.
Applicando un campo elettrico alla giunzione p-n (ad esempio utilizzando una batteria) è possibile trasformare la giunzione del diodo in un isolante o un conduttore.,
Se si collega l’estremità negativa (-ve) della batteria al lato p e l’estremità positiva (+ve) al lato n (“polarizzazione inversa”), i portatori di carica gratuiti vengono messi da parte e la zona di esaurimento si allarga. Questo trasforma la giunzione in un isolante e inibisce ulteriormente il flusso di corrente elettrica.
Tuttavia, se si collega l’estremità-ve della batteria al lato n e l’estremità +ve al lato p (“bias in avanti”), i portatori di carica vengono spinti al centro, eliminando la zona di esaurimento e trasformando la giunzione p-n in un conduttore., Questo perché i fori dal lato p sono respinti dall’estremità + ve della batteria e gli elettroni nel lato n sono respinti dall’estremità-ve della batteria. Gli atomi alla giunzione possono ora consegnare i portatori di carica l’uno all’altro, consentendo alla corrente di fluire liberamente.
Questo è un esempio molto semplice di come funziona il tipo più elementare di dispositivo a semiconduttore, il diodo. Mettere un paio di miliardi di questi insieme back-to-back e hai un chip per computer!