Corso di elettrotecnica ed elettronica: comportamento elettrico della materia – Lezione 9

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Non tutti i corpi si comportano allo stesso modo dal punto di vista del passaggio degli elettroni.
Ovviamente ciò è in stretta relazione con la struttura interna del materiale e con il comportamento degli elettroni dello strato più esterno.

Conduttori
I materiali si dicono conduttori quando i loro atomi possiedono elettronici periferici (ultimo strato) che non sono stabilmente vincolati ai rispettivi nuclei. Come detto nella precedente lezione questi elettroni prendono il nome di elettroni di conduzione.

La capacità di un materiale nell’essere conduttore dipenderà dal grado di attrito che gli elettroni liberi (elettroni che sfuggono dall’ultimo strato dell’atomo) troveranno nel muoversi all’interno della materia.

Fanno parte ad esempio di questa categoria i materiali metallici.

Ottimi conduttori di elettricità sono:

  • l’argento a temperatura ambiente
  • il rame
  • l’alluminio

buoni conduttori di elettricità sono:

  • l’acciaio
  • il ferro

Il mercurio e l’acqua salata sono buoni conduttori.

Il movimento degli elettroni diventa ordinato se essi vengono sottoposti all’azione di una forza esterna (vedremo più avanti) che da origine ad una corrente elettrica.

Isolanti
I materiali vengono detti isolanti, quando i loro atomi non possiedono elettroni liberi, cioè quando tutti gli elettroni dell’atomo sono stabilmente vincolati al nucleo. Gli isolanti possono presentarsi allo stato solido, liquido e gassoso.

Sono isolanti anche:

  • vetro
  • legno
  • carta
  • plastica
  • porcellana
  • ceramica

L’acqua pura è un buon isolante ma è sufficiente una piccola percentuale di impurità per avere conduzione elettrica.
Ottimi isolanti sono anche gli ossidi di metallo.

Un materiale isolante è detto anche dielettrico per ricordare che è in grado di mantenere isolate le cariche elettriche.

Semiconduttori
Una categoria di materiali molto importante per l’elettronica e quella di semiconduttori il cui grado di conduzione degli elettroni è intermedio tra quello dei conduttori e quello degli isolanti.
In questi materiali la conduzione avviene per il movimento degli elettroni, ma il i fenomeni fisici che descrivono questi spostamenti è un po’ più complesso.
Allo stato puro e a temperatura ambiente i semiconduttori presentano una conduzione piuttosto debole che diminuisce ulteriormente al diminuire della temperatura.
La conduzione di questi materiali può essere aumentata mediante processi tecnologici e questo processo serve per la produzione di componenti elettronici (ad es. diodi, transistor, ecc…).
Fanno parte di questa categoria di materiali il silicio, il germanio, ossido di rame, solfuro di piombo, ossido di titanio, selenio, ecc…

Il processo di modifica della conduzione di un semiconduttore prende il nome di drogaggio.

Nei semiconduttori drogati la conduzione elettrica dipende sempre dagli elettroni, anche se in alcune condizioni si preferisce citare lo spostamento di lacune e non di elettroni.

Una lacuna non è altro che la mancanza di un elettrone e può essere associato al concetto di ione positivo, quindi se abbiamo uno spostamento di elettroni, vi è in senso opposto uno spostamento di lacune, ed una lacuna possiede una carica uguale ma opposta rispetto ad un elettrone.

Un semiconduttore in cui i portatori di cariche sono principalmente costituiti da elettroni viene detto semiconduttore di tipo N, questo perché gli elettroni hanno carica negativa. Se invece i portatori di cariche sono principalmente costituiti da lacune diremo che il semiconduttore e di tipo P.

Si tenga in conto che in un semiconduttore di tipo N è ammesso il passaggio di lacune, così per un semiconduttore di tipo P è ammesso un passaggio di elettroni, specificare che un materiale e di tipo N o P indica semplicemente che la quantità di portatori di cariche di un certo tipo è maggiore.

In un semiconduttore il portatore di carica più significativo viene detto portatore maggioritario.

Riaffronteremo e approfondiremo nelle lezioni successive le caratteristiche dei semiconduttori.

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