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 ci in stretta relazione con la struttura interna del materiale e con il comportamento degli elettroni dello strato pi 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 capacit di un materiale nell’essere conduttore dipender 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 elettricit sono:

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

buoni conduttori di elettricit 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 pi avanti) che da origine ad una corrente elettrica.

Isolanti
I materiali vengono detti isolanti, quando i loro atomi non possiedono elettroni liberi, cio 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 un buon isolante ma sufficiente una piccola percentuale di impurit per avere conduzione elettrica.
Ottimi isolanti sono anche gli ossidi di metallo.

Un materiale isolante detto anche dielettrico per ricordare che 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 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 un po’ pi 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 pu 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 altro che la mancanza di un elettrone e pu essere associato al concetto di ione positivo, quindi se abbiamo uno spostamento di elettroni, vi 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 perch gli elettroni hanno carica negativa. Se invecei 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 ammesso il passaggio di lacune, cos perun semiconduttore di tipo P ammesso un passaggio di elettroni, specificare che un materiale e di tipo N o P indica semplicemente che la quantit di portatori di cariche di un certo tipo maggiore.

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

Riaffronteremo e approfondiremo nelle lezioni successive le caratteristiche dei semiconduttori.

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