Drogaggio semiconduttori

Francesco ha scritto:

Dove sbaglio?

Precisiamo: Si dice drogaggio di un semiconduttore il fatto di inserire all'interno del semiconduttore atomi aventi valenza cinque, cioè pentavalenti, oppure atomi aventi valenza tre, cioè trivalenti. Tra le sostanze pentavalenti ricordiamo il fosforo, l'antimonio, l'arsenico; tra le sostanze trivalenti ricordiamo il bario, l'alluminio, il gallio, l'indio. Se inseriamo sostanze pentavalenti vedremo che dei cinque elettroni dell'atomo pentavalente quattro vengono utilizzati per il legame covalente, mentre il quinto elettrone resta libero. Si dice drogaggio di tipo N quando il semiconduttore è drogato con sostanze pentavalenti, possiede quindi elettroni liberi, diventa quindi un perfetto conduttore, cioè se lo alimentiamo con un generatore vi è movimento degli elettroni liberi e quindi il semiconduttore di tipo N conduce.

Se invece inseriamo sostanze trivalenti vedremo che i tre elettroni dell'atomo trivalente vengono utilizzati per il legame covalente, mentre manca un elettrone nella banda di valenza. Si dice lacuna un posto libero per l'elettrone nella banda di valenza; tale posto può essere occupato da un altro elettrone il quale a sua volta crea una lacuna, di conseguenza la lacuna può essere come una carica positiva mobile, che dà luogo ad una corrente elettrica. Si dice drogaggio di tipo P quando il semiconduttore è drogato con sostanze trivalenti, possiede quindi lacune libere, diventa quindi un perfetto conduttore, cioè se lo alimentiamo con un generatore esterno vi è movimento di lacune e quindi il semiconduttore di tipo P conduce. A causa dell'aumento di temperatura un certo numero di elettroni può acquistare energia sufficiente a passare dalla banda di valenza alla banda di conduzione; per ogni elettrone che passa nella banda di conduzione resta una lacuna nella banda di valenza. Si dicono cariche minoritarie le coppie elettrone-lacuna che si creano in seguito all'aumento di temperatura. Si dicono cariche maggioritarie gli elettroni nel semiconduttore drogato di tipo N e le lacune nel semiconduttore drogato di tipo P.

Questa ottima precisazione è dovuta all'Ing. Pietro De Paolis Galatina (LE)

Ciao Giors

Nel fatto che dimentichi la creazione di coppie termiche. A temperatura ambiente alcuni (POCHISSIMI) atomi di silicio si ionizzano, e generano delle coppie elettrone lacune. Nel caso di silicio n, gli elettroni termici si vanno ad aggiungere agli elettroni di drogaggio, e nessuno se ne accorge, mentre le lacune termiche sono le uniche che ci sono. Hanno vita breve, perche' abbastanza subito incocciano in un elettrone, ma tanto di lacune termiche ne sono generate continuamente, e quelle che ci sono, pur avendo singolarmente vita breve, sono in totale in numero costante che dipende fortemente dalla temperatura (e dal drogaggio: piu` e` drogato n, meno vivono le lacune minoritarie, perche' fanno prima brutti incontri). Discorso invertito per il drogaggio p.

La lacuna NON e` l'atomo di fosforo: quello e` uno ione positivo che e` legato al reticolo. La lacuna e` una particella quantistica (mancanza di un elettrone) che si muove liberamente nel silicio. In una bottiglia di cocacola, la lacuna e` la bollicina che sta salendo verso la superficie.

Boro, non bario.

Perfetto mica tanto, ha una resistivita` abbastanza consistente.

Lol bellisima questa me la segno :-) che alla prima occasione la sparo come esempio ciao cib

più

Dove

elettroni

perchè!

fosforo ),

un

Ii portatori minoritari sono le coppie elettrone lacune che si formano a causa dell'agitazione termica. Quello che mi sembra strano nel caso N è questo: perchè l'atomo di fosforo che cede un elettrone al reticolo non diventa una lacuna? Pareggiando così il numero di elettroni con quello delle lacune?

grazie di cuore a chiunque risponderà

Il semiconduttore sia intrinseco che drogato è complessivamente neutro, ovvero il numero di elettroni (legati o liberi), è sempre uguale a quello dei protoni nei vari nuclei.

In un atomo di silicio, quando un elettrone lascia il suo posto per agitazione termica, strappa il legame che lo tiene in orbita intorno al nucleo e vaga per il cristallo. L'atomo dal quale è scappato l'elettrone, per completare l'orbita di valenza ha bisogno di 8 elettroni ed è questa mancanza che costituisce la lacuna non il protone nel nucleo. Infatti se passa da quelle parti un altro elettrone libero, potra' essere catturato dalla lacuna e l'atomo raggingera' uno stato piu' stabile.

Un atomo di drogante N sostituisce un atomo di silicio all'interno del cristallo, ma avendo un elettrone in meno (es boro), non soddisfa la necessita' del legame coovalente con i 4 atomi adiacenti di avere 8 elettroni nell'orbita di valenza e si crea una lacuna.

Nel caso P, l'atomo di drogante ha 5 elettroni nell'orbita di valenza quindi legandosi con i 4 atomi adiacent completa l'orbita di valenza raggiungendo lo stato stabile (con 8 elettroni). L'elettrone in eccesso è libero di muoversi dato che il protone nel nucleo, lo attrae molto debolmente ora che l'orbita di valenza è completa.

A quanto pare non ricordi bene l'esame di chimica, il concetto di legame coovalente e la regola per cui un atomo è piu' stabile se completa l'orbita piu' esterna (gas nobili). Ogni elemento tende sempre a situazioni con minore energia e queste vengono raggiunte cercando di somigliare ai gas nobili legandosi con altri atomi e formando molecole.

Ciao Mauro

Mauro Pintus ha scritto:

Non ho posto bene la domanda! I miei dubbi sono sulla giunzione PN, ovvero: A temperatura ambiente gli elettroni che sono le cariche maggioritarie nella giunzione N si diffondono da questa alla giunzione P! Questo deve essere vero, l'ho copiato pari pari da un libro arciconsigliato!!!

Io mi domando: come mai si afferma che gli elettroni sono le cariche maggioritarie nella giunzione N??? A mio avviso al liberarsi di un elettrone dal legame col proprio atomo si forma una lacuna che dovrebbe essere l'atomo stesso privo dell'elettrone appena "fuggito", quindi non si potrebbe dire che gli elettroni liberi sono le cariche maggioritarie, dato che secondo il mio ragionamento si dovrebbero pareggiare.

Qualche anima pia mi potrebbe per cortesia dire dove sbaglio? E già che ci siete mi potete "dimostrare" perchè le lacune sono maggioritarie nella zona P?

Ringrazio infinitamente chi riuscirà a togliermi questo dubbio, dato che se non capisco questo non so come andare avanti.

Francesco

Credo che in primis tu debba cercare informazioni sul legame metallico (chimica) e di conseguenza del comportamento degli elementi chimici semiconduttori. E' molto semplice e ti spiega molte cose.

Ciao

Togliere SBAM per rispondere via mail.

No, non e' una lacuna, e' uno ione positivo fisso. Ha un comportamento ben diverso da quello di una lacuna, perche' e' un oggetto diverso. Detta in modo osceno: una lacuna e' originata dalla mancanza di un elettrone per completare un legame del reticolo cristallino, nel caso dello ione positivo i legami del reticolo sono gia' completi e l'elettrone libero dal punto di vista del cristallo e' "sovrabbondante". Questo comporta il fatto che basta un'energia piuttosto piccola (anche quella disponibile a temperatura ambiente) per ionizzare l'atomo di drogante e provocare il "distacco" dell'elettrone "aggiuntivo", che quindi diventa libero di muoversi lasciando il suo ione positivo fermo con il resto del cristallo a cui e' attaccato. Uno ione positivo "attira" gli elettroni con molta meno forza di una lacuna, quindi gli elettroni possono andarsene "a spasso" nonostante ci siano le cariche positive degli ioni nelle vicinanze.

Bada che si parla di portatori di carica, non genericamente di cariche. Infatti e' vero che in un cristallo drogato elettroni e ioni si pareggiano elettricamente, tanto e' vero che con il solo drogaggio il semiconduttore e' neutro. Se pero' applichi un campo elettrico esterno, gli elettroni "aggiunti" si spostano facilmente, mentre i loro corrispondenti ioni positivi non si muovono. Quindi gli elettroni possono dare origine ad una corrente ma gli ioni no, per cui gli ioni non sono portatori di carica (sono carichi, ma rimanendo fermi la carica non la possono "portare" da nessuna parte :-)))

Ciao, Daniele

Vulcan ha scritto:

O.K Quindi che cosa sono queste cariche minoritarie, elettroni, che dalla giunzione P sono spazzati verso la giunzione N a causa della barriera di potenziale?

Pestando alacremente sulla tastiera Francesco ebbe l'ardire di profferire:

Prova a dare una lettura alla pagina

fosforo

così

quindi

che

l'orbita

Non sono coppie, i minoritari sono singolarmente lacune o elettroni.

Perche' l'atomo di fosforo diventa positivo, ma e` vincolato a restare fermo nel reticolo cristallino. Le lacune sono cariche positive che si muovono. Esattamente come un atomo di boro che ruba un elettrone al silicio vicino diventa uno ione negativo, fisso anche lui. La lacuna e` la mancanza di elettrone sul silicio vicino, il quale, per nulla contento di essere stato scippato di un elettrone, ne frega uno ad un altro atomo di silicio un po' piu` in la`, e cosi` il buco di elettrone si propaga. Detta in questo modo non e` tanto corretto, ma e` la spiegazione piu` semplice che mi viene in mente.

Il Sat, 1 Nov 2003 16:43:45 +0100, Due di Picche ha scritto:

La spiegazione sulle giunzioni pn non mi convince per niente. Ti segnalo una delle cose che mi lasciano perplesso:

"Proviamo ora a polarizzare la giunzione così realizzata. Porremo il terminale negativo di un generatore sull'estremità del materiale P e il positivo sull'estremità del materiale N. Questa polarizzazione si chiama POLARIZZAZIONE INVERSA. Gli elettroni forniti dal negativo del generatore che si avvicinano alla zona di svuotamento della giunzione troveranno la barriera di potenziale che ferma il loro avanzamento"

Direi che sia esattamente il contrario: gli elettroni che dalla regione P cercano di attraversare la regione di svuotamento trovano un campo elettrico *favorevole* al loro passaggio, perchè è diretto in modo N => P. Sono proprio questi elettroni (assieme alle lacune che dalla regione N cercano di arrivare alla P) che costituiscono parte della corrente di saturazione in un diodo polarizzato in inversa. In realtà il contributo maggiore arriva dalla generazione nella RCS, ma facciamo finta che non ci sia :-).

Nella regione P sono le *lacune* a vedere una barriera di potenziale che si oppone alla diffusione, così come nella regione N sono gli elettroni ad essere fermati dal campo elettrico.

Aloha.

Non a causa della barriera di potenziale, ma del campo elettrico generato dagli ioni fissi. La barriera di potenziale la lascerei per il prossimo futuro.

Apparte il fatto che con barriera di potenziale intendo il campo generato dagli ioni fissi, mi spieghi sta storia delle cariche minoritarie e di quelle maggioritarie??? Per piacere!

Fai solo attenzione che e` abbastanza sbagliata :-). Va bene proprio solo a livello molto introduttivo. Il motivo per cui e` sbagliata e` che nel caso della bollicina, vedi il liquido che scende intorno alla bolla mentre la bolla sale. Nel caso delle lacune, NON si vede l'elettrone di valenza che si sposta in direzione opposta rispetto alla lacuna.

Si puo` fare un esperimento per determinare se i portatori sono ad esempio elettroni che vanno verso destra oppure cariche positive che vanno verso sinistra (la corrente vista da fuori e` sempre la stessa). Nel caso di semiconduttore P, si trova che sono delle cariche positive che vanno a sinistra.

Segui il mio consiglio, la barriera di potenziale lasciala per il prossimo futuro.

Pezzo di silicio neutro. C'e` solo silicio. In questo silicio, a causa dell'energia termica, c'e` ad esempio un migliaio di atomi di Si che si ionizza. Hai quindi 10000 lacune e 10000 elettroni liberi. Il silicio e` ancora intrinseco. Questi portatori se ne vanno a spasso, ogni tanto un elettrone cade nel buco e spariscono entrambi, ma tanto la produzione di coppie termiche e` sempre costante.

Introduci in questo pezzo di silicio un milione di atomi di fosforo. A temperatura ambiente tutto il fosforo e` ionizzato, quindi hai un milione di elettroni liberi e un milione di ioni positivi FISSI.

Pero` c'e` sempre la formazione di coppie termiche. Supponiamo si formino 100 coppie (atomi di silicio che si ionizzano): avrai 1,000,0100 elettroni (quelli da drogaggio piu` quelli termici) e 100 lacune. QUesti sono i portatori di carica. Le lacune sono minoritarie rispetto agli elettroni. Inoltre ci sono gli ioni di fosforo positivi, ma questi sono piantati nel reticolo, non portano corrente. L'unica cosa che fanno e` creare campo elettrico quando non ci sono gli elettroni liberi in zona che ne compensano l'effetto.

Se scaldi il materiale avrai per esempio 1000 coppie termiche: gli elettroni diventano 1,001,000 mentre le lacune sono 1000. I portatori maggioritari praticamente non cambiano di numero, quelli minoritari sono decuplicati.

Ho cambiato numeri senza vedere la parola. Una decina di migliaia di atomi che si ionizzano....