Electronică – Bazele Semiconductorului
Dacă rezistorul este componenta pasivă de bază în circuitele electronice și electrice atunci putem considera dioda ca fiind componenta activă de bază. Spre deosebire de rezistor, dioda nu are un comportament liniar în raport cu tensiunea, ci are o relație exponențială , de aceea nu o putem descrie folosind legea lui OHM.
Diodele sunt semiconductoare unidirecționale, adică curentul va circula prin ele numai într-o singură direcție.
Înainte de a vorbi despre diodă va trebui să înțelegem conceptul de bază al semiconductoarelor.
Materialele semiconductoare au o regiune pozitivă ( P ) la un capăt și o regiune negativă ( N ) la celălalt capăt și bineînțeles undeva între ele o rezistivitate. Aceste materiale au proprietăți intermediare între conductoare și izolatoare din punctul de vedere al capacității lor de a conduce curentul electric. Un semi-conductor în stare pură nu este nici bun conductor nici bun izolator. Cele mai răspândite materiale semiconductoare sunt siliciul ( Si ), germaniul ( Ge ) și carbonul.
Rezistivitatea
Rezistența electrică a unei componente electrice/electronice este în general definită ca fiind raportul dintre tensiunea aplicată la borne și curentul ce circulă prin ea, principiile legii lui Ohm. Problema este că această rezistență depinde de mărimea fizică a materialului. Noi vrem să putem defini materialul astfel încât să indicăm abilitatea lui de a conduce curentul electric sau de a se opune trecerii curentului electric necontând mărimea sau forma materialului.
Rezistivitatea este cea care ne spune acest lucru, notată cu \(\rho \) ( simbol grecesc ) iar ca unitate de măsură : \(\Ohm – m \).
Rezistivitatea este inversul conductibilității.
Dacă rezistivitatea diferitelor materiale este comparată, vom putea clasifica aceste materiale în 3 mari categorii :
- Conductoare
- Semi-conductoare
- Izolatoare.
În următoarea figură avem rezistivitatea diferitelor materiale :
Conductoare
Din figura de mai sus știm că, conductoarele sunt materiale care au valoarea rezistivității foarte mică. Aceste materiale au electroni de valență slab legați ce se pot desprinde ușor de atom devenind electroni liberi. Prin urmare, materialele conductoare prezintă mulți electroni liberi care, atunci când se deplasează în aceiași direcție , formează un curent electric. Această deplasare are loc atunci când este aplicată o tensiune electrică materialului.
Exemple bune de conductoare sunt : Cuprul, Aluminiul, Aurul, Argintul ai căror atomi au un singur electron de valență, legat foarte slab. Aceștia se deplasează prin material unindu-se cu ceilalți atomi, creându-se așa numitul ”efect Domino” și dând naștere curentului electric.
Izolatori
Izolatorii, pe de altă parte, sunt opusul conductorilor. Sunt materiale, în general non-metalice, care au puțini electroni liberi care sunt foarte strâns legați de nucleu, iar la aplicarea unei tensiuni electrice acești electroni nu se desprind de atom, neluând naștere curentul electric. Izolatorii poartă un rol important în circuitele electronice/electrice.
Semiconductori
Materialele semiconductoare ca Siliciul ( Si ), germaniul ( Ge ) și arsenul de galiu ( GaAs ), au propietăți electrice undeva la mijloc între conductor și izolator. Ele nu sunt bune conductoare dar nici bune izolatoare. Au atomii grupați împreună într-o structură cristalină având foarte puțini electroni liberi, dar totuși acești electroni se pot deplasa sub anumite condiții speciale. Acești electroni liberi se numesc purtători minoritari și pot crește, ca număr, odată cu temperatura.
Conductivitatea poate fi crescută prin adăugarea unor cantități controlate de impurități. Impuritățile, cum ar fi atomii de Arsenic, introduc electroni suplimentari în structură ceea ce produce un semiconductor de tip n. Acești atomi se numesc donori.
Pe de altă parte, atomii de Aluminiu, introduc o lipsă de electroni liberi. Acești atomi se numesc acceptori. Aceste absențe de electroni liberi se numesc goluri, iar prin prezența lor se realizează semiconductorul tip p.
Cu alte cuvinte, putem spune despre semiconductori următoarele:
- materialele semiconductoare au conductibilitatea electrică mai mare decât cea a izolatorilor dar mai cică decât cea a metalelor.
- conductibilitatea electrică a semiconductorilor este foarte sensibilă la variațiile de temperatură: ea crește odată cu creșterea temperaturii.
- spre deosebire de metale, a căror conductibilitate este asigurată exclusiv de electroni, conductibilitatea electrică a semiconductorilor este asigurată atât de electroni ( ”-” ) cât și de goluri ( ”+”).
- dacă densitățile de electroni și de goluri care participă la conducție sunt egale , se spune despre semiconductor că este intrinsec.
- dacă densitățile de electroni și de goluri care participă la conducție nu sunt egale, se spune despre semiconductor că este extrinsec.
- semiconductorii de tip n au densitatea electronilor mai mare decât densitatea golurilor. În acest tip de semiconductor electronii sunt purtătorii majoritari, iar golurile sunt purtătorii minoritari.
- semiconductorii de tip p au densitatea golurilor mai mare decât densitatea electronilor. În acest tip de semiconductor golurile sunt purtătorii majoritari, iar electronii sunt purtătorii minoritari.
- procedeul de introducere controlată a unor impurități în materialul semiconductor se numește dopare
Lasă un răspuns