E. Gandolfi Elettronica Analogica

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• Elementi circuitali lineari resistori ? legge
  di Ohm ? corrente
• direttamente proporzionale a differenza di
  potenziale applicata

nei conduttori la corrente è data dal movimento
di elettroni (unipolari). concentrazione di
portatori di carica 1029 m-3 nei metalli il
numero di elettroni è grande ed essenzialmente
costante la loro mobilità diminuisce al crescere
della temperatura ? aumenta R
CONDUTTORE (rame)
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• semiconduttori ? apparati elettronici
  transistors, LED,
• celle fotovoltaiche ecc.
• Silicio e Germanio
• Un semiconduttore a bassissima temperatura
  ( 0 K)
• ha una struttura cristallina simile a quella
  ideale
• ? non sono disponibili cariche libere e si
  comporta come
• un isolante.
• A temperatura ambiente ( 300 K) alcuni legami
  covalenti
• sono rotti (energia termica fornita al
  cristallo) e la conduzione
• diventa possibile (elettroni liberi cerchietti
  rossi ).
• La mancanza di un elettrone in un legame
  covalente
• (cerchietti verdi) è detta lacuna.
• Una lacuna può fungere da portatore libero di
  carica

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• Elementi circuitali non lineari DIODI
  TRANSISTOR
• ?comportamento non ohmico
• semiconduttori Silicio (Si) Germanio (Ge)

nei semiconduttori si muovono lacune() ed
elettroni(-) (bipolari). concentrazione
intrinseca ni 1016 m-3 aumentando la
temperatura la resistivita tende a diminuire
SEMICONDUTTORE (silicio)
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Conduttori Rame, ferro, alluminio
? 10- 8 ? m
? da 10- 3 a 10 3 ? m
Semiconduttori Germanio, silicio, boro
? 1015 ? m
Isolanti Vetro, plastica, polistirolo
Resistenza di un filo di lunghezza 3 m e sezione
3 mm 2
conduttore
0,01 ?
semiconduttore
da 1 K? a 100 M?
isolante
1013 ?
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Si puo aumentare la conducibilita di un SC?

• Un semiconduttore può essere puro (solo Si e Ge)
• o drogato (1 parte per milione di drogante)
• non vengono modificate le proprietà chimiche

• Semiconduttori tipo N--gt drogati con donatori
  (di elettroni) sono gli elementi pentavalenti
• arsenico (As), fosforo (P), antimonio (Sb).

• Semiconduttori tipo P--gt drogati con accettori
  (di elettroni) sono gli elementi trivalenti
• indio (In), gallio (Ga), boro (B).

legge dellazione di massa ni 2 np
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• La conduzione può avvenire per effetto di
  spostamento di coppie
• elettroni-lacune del materiale puro (minority
  carrier) dando luogo alla
• conduzione intrinseca, o a causa del drogante
  (majority carrier),
• conduzione estrinseca.

Majority carrier(dovuto al drogante)
Minority carrier (rottura del legame)
Si
As
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-




-



-


-

-
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• Confronto fra un SC intrinseco e un SC estrinseco
  (drogato)

barretta di silicio - lunghezza 3 mm sezione
trasversale 50 x 100 mm2 corrente I 1mA a T
300 K

• calcolare la caduta di potenziale ai capi della
  barretta
• r (a 300 K) 2.3 105 W cm per il Si intrinseco
• V R I (r L/A) I (2.3105 10-2 3 10-3
  / (50 10-6 100 10-6 )) 10-6 1380 V
• Si drogato n concentrazione di donatori (a 300
  K) 5 1014cm-3 ( 1 atomo di impurezza ogni
  108 atomi di Si)
• n ND 5 1014cm-3 ? p (1.45 1010)2/ 5
  1014 4.2 105 cm-3 trascurabile
• conducibilita s q n mn 1.6 10-19 5
  1014 1500 0.12 (W cm) -1
• dove mn e la mobilita degli elettroni ( v/E
  m2/(V s)) 1500 cm2/(V s) nel Si a 300 K
• V (1/s)(L/A) I 10-2/0.12 (3 10-3 / (50
  10-6 100 10-6 )) 10-6 0.05 V

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• I componenti usati in elettronica si possono
  suddividere in
• - componenti passivi lineari resistenze,
  induttanze, condensatori
• - componenti passivi non lineari diodi
• - componenti attivi transistor bipolari,
  JFET, MOSFET.

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• Un circuito può utilizzare componenti singoli,
  opportunamente collegati su apposita basetta
  (realizzazione con componenti discreti) o
  componenti integrati in un unico chip. Un chip
  può essere del tipo
• 1960 - Short Scale Integration (SSI),(lt 102)
• 1966 - Medium Scale Integration (MSI),(102
  103)
• 1969 - Large Scale Integration (LSI),(103
  104)
• 1975 - Very Large Scale Integration(VLSI),(104
  109)
• 1990 - Ultra Large Scale Integration(ULSI),(gt109
  )
• oppure realizzato con soluzioni ibride
  (componenti discreti e integrati montati sulla
  stessa scheda).
• Il sistema dovrà ovviamente essere fornito di
  energia elettrica, o mediante pile o per mezzo di
  un alimentatore.

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