Newsgroup: it.istruzione.universita.ingegneria
Titolo: Giunzione np: perchè diminuisce il potenziale di barriera se metto contatti ad una certa V ?

Sto studiando elettronica applicata. Sono quasi all'inizio, cioč sono
arrivato alla giunzione np collegata con 2 contatti ideali sottoposti ad una
differenza di potenziale V.
Non ho capito per quale motivo il potenziale di barriera della giunzione np
diminuisce di V ?
Grazie.

diminuisce di V ?
Quando un semiconduttore n e uno p vengono a contatto, per diffusione
le cariche in eccesso in ogni semiconduttore tendono a migrare
nell'altro dove trovano altrettante cariche di segno opposto e con
esse si ricombinano. Questo fenomeno porta alla scomparsa di cariche
mobili in prossimità della giunzione creando una regione svuotata di
portatori. Tale regione però non è a carica neutra ma assume il segno
delle cariche degli atomi di drogante che compongono il materiale.
Infatti se da un semiconduttore n succhi via tutti gli elettroni che
hanno avuto origine dall'unione di atomi pentavalenti con atomi
quadrivalenti, ottieni un materiale che non conduce perché privo di
cariche mobili (escludendo quelle che si producono per agitazione
termica) ma carico positivamente perché pieno di atomi (quelli del
drogante) che per essere elettricamente neutri hanno bisogno di un
elettrone (quello che gli abbiamo succhiato via). Per questo motivo la
regione svuotata è anche detta:
regione a carica spaziale. A questo punto avresti dovuto capire che in
prossimità della giunzione ci sarà una zona che nel lato n è carica
positivamente e nel lato p è carica negativamente. La tensione ai suoi
capi è la V della barriera di cui parli ed è proporzionale alla sua
larghezza. Se la giunzione è
polarizzata direttamente allora vengono pompati elettroni nel
semiconduttore n e lacune nel p, tali cariche si muovono verso la zona
svuotata e alcune di esse vanno ad accoppiarsi con gli ioni fissi ivi
contenuti facendo restringere la zona e, conseguentemente, calare la
V della barriera.
--
Ciao, Giuseppe
dragos...@yahoo.com

 >diminuisce di V ?
Io avevo pensato alla seguente risposta: poichč agli estremi della giunzione
(mediante opportuni contatti ideali) gli applichiamo una differenza di
potenziale V allora il potenziale di barriera FI diminuisce perchč č come se
avessimo applicato un ulteriore campo elettrico *(associato al potenziale V)
che si oppone al campo elettrico associato al potenziale di barriera FI.
* Infatti ad ogni campo elettrico č sempre associato un potenziale e
viceversa.





Giuseppe ti volevo fare un'altra domanda, per chiarire i miei dubbi: in un
semiconduttore di tipo n fortemente drogato si dice che Nd>>ni e che
n circa uguale a Nd
p circa uguale a ni^2/Nd
cosa è ni?
è il numero di elettroni di conduzione "generati" dai residui atomi non
drogati presenti nel semiconduttore drogato ?
oppure è il numero di elettroni di conduzione generati dagli atomi di un
semiconduttore instrinseco?
oppure è il numero di atomi non drogati presenti nel semiconduttore drogato?
oppure è il numero di atomi di un semiconduttore intrinseco?

L'ultima che hai detto.
d.N.T.
--
______________________________________________
___________________________________________
Visita il mio sito: 
http://members.xoom.it/DanxVB/
Gimmy <gi...@xxx.xx> wrote in message 8m38m3$29j$1...@nslave2.tin.it...


 ha scritto nel messaggio
news:Ioeh5.44550$wS2.3...@news.infostrada.it...


 cosa è ni?
E` il numero di coppie elettrone-lacuna generate per via termica in un
semi intrinseco (e anche in un semi drogato, solo che in quest'ultimo
caso alcune di questi portatori (n o p a seconda dei casi) hanno vita
molto breve, e il nuemro medio si riduce a ni^2/Nd).
Franco

 ha scritto nel messaggio
news:3985A82A...@hotmail.com...

ni della formula p=ni^2/Nd è lo stesso del semiconduttore non drogato? Cioè
ni presente nella formula è il numero di coppie elettrone-lacuna del
semiconduttore prima della drogatura o dopo la drogatura?

 semiconduttore prima della drogatura o dopo la drogatura?
Si`, a meno che il semi non sia fortemente degenere. Tieni presente che
alti livelli di drogaggi vogliono dire un mestolo di drogante in un
vagone di silicio, e quindi il numero di atomi di silicio non cambai
praticamente con l'introduzione del drogante. Dal punto di vista chimico
puo` essere difficile distinguere un silicio dorgato da uno intrinseco
(quando c'e` un atomo di drogante ogni 10000 atomi di silicio, si ha un
Si molto drogato).
Franco

che si oppone al campo elettrico associato al potenziale di barriera
FI.
Questa mi sembra una definizione un po troppo semplificata, al punto
che non sono in grado di dire se è giusta o sbagliata. Sembrerebbe
infatti che il potenziale della giunzione vada semplicemente a
sommarsi algebricamente con quello applicato dall'esterno. In realtà
per avere una espressione del potenziale in questione occorre
ricorrere alla legge della giunzione. Comunque tutto dipende dal grado
di approfondimento che il tuo corso richiede.
--
Ciao, Giuseppe
dragos...@yahoo.com


Secondo me stai dicendo una fesseria, anche perchè se fosse come dici tu
cioè che prevalgono gli atomi non drogati rispetto agli atomi drogati, il
semiconduttore non può  condurre in maniera significativa. Quello che dici
tu vale se prendi un pezzo di silicio naturale e quindi gli atomi drogati
sono semplicemente impurezze (e quindi saranno poche), ma per realizzare
dispositivi tipo DIODI, TRANSISTOR, ecc. occorre drogare il semiconduttore
cioè far prevalere il numero di atomi drogati rispetto agli atomi non
drogati!!!

 drogati!!!
NO, la fesseria l'hai detta tu. Gli atomi di Si (
p.es
.) sono sempre
molti di piů degli atomi di drogante, ma questi ultimi forniscono gli
elettroni o le lacune necessarie alla conduzione. Non esistono atomi
drogati e non drogati, gli atomi sono o del materiale bulk o di
drogante č il materiale ad essere drogato con gli atomi di drogante.

 drogati!!!
Se credi che abbia detto una fesseria, la cosa da fare e` molto
semplice: basta non dare peso a quanto ho detto. 
Ciao
Franco
PS: viste le mie traballanti conoscenze di questi argomenti, vuoi venire
tu al primo semestre a tenere il mio corso di elettronica
all'universita` (corso di laurea ing. elettronica?): mi spiacerebbe
insegnare troppe fesserie :-)

 V della barriera.
Quando il potenziale di barriera è annullato gli elettroni e lacune
"pompate" non si annulleranno più con gli ioni della regione di svuotamento
e quindi proseguiranno il loro cammino producendo quindi una corrente che
convenzionalmente ha verso uguale a quello delle lacune. Ora mi chiedo una
volta che le lacune e gli elettroni hanno attraversato tutto il
semiconduttore np, dove vanno a finire? Andranno immagino verso il
generatore e poi ?Cioè la corrente finisce?


Mi scuso, avevo capito male.
Allora puoi spiegarmi cosa significa Nd>>ni
Grazie.


Scusami Franco, ma mi aveva ingannato l'ipotesi Nd>>ni.
In un semiconduttore drogato n con Nd atomi di drogante e
con l'ipotesi Nd >> ni si ha che:
n circa uguale a Nd
p circa uguale a ni^2/Nd
ma cosa significa l'ipotesi Nd >> ni ?
Grazie.

cosa è ni?
In un semiconduttore non drogato a temperatura ambiente, l'agitazione
termica degli atomi è sufficiente affinché alcuni legami si rompano e
degli elettroni si liberino. Tali elettroni però non restano liberi
per sempre ma dopo un certo tempo si ricombinano. All'equilibrio si ha
che il numero delle rotture di legame è uguale al numero delle
ricombinazioni e ciò significa che il numero di cariche libere per la
conduzione rimane costante. Ni (ni=nXp) è la concentrazione delle
coppie lacuna-elettrone presente in un semiconduttore intrinseco in
condizioni di equilibrio. Drogando il semiconduttore, ad esempio, con
una sostanza pentavalente, non si fa altro che aggiungere degli
elettroni che non possono ricombinarsi e siccome essi sono in numero
molto maggiore di quelli già presenti a causa dell'agitazione termica,
si ha che questi ultimi possono essere trascurati. Da quello che ho
appena detto sembrerebbe che l'aggiunta di impurità non influisca
sulla concentrazione delle cariche presenti nel semiconduttore prima
del drogaggio; in realtà la presenza del drogante aumenta la velocità
di ricombinazione delle coppie lacuna-elettrone generatesi
termicamente cioè: un elettrone liberatosi a causa dell'agitazione
termica in un semiconduttore drogato, resta libero per molto meno
tempo rispetto a quando le impurità erano assenti. A questo punto
dovrebbe essere chiaro che la concentrazione delle cariche p in un
materiale di tipo n, è minore di quella riscontrabile nello stesso
materiale prima del drogaggio (cioè quando era n=p). Questo fenomeno è
descritto dalla legge dell'azione di massa la quale afferma che il
prodotto delle concentrazioni delle cariche libere n e p è costante
indipendentemente dalla quantità di impurità presenti ed è uguale a
ni^2. Stando così le cose, per ottenere la concentrazione delle
cariche di tipo p presente in un semiconduttore n occorrerà dividere
ni^2 per la concentrazione degli atomi donori (avendo trascurato le
cariche negative dovute all'agitazione termica).
--
Ciao, Giuseppe
dragos...@yahoo.com

 ma cosa significa l'ipotesi Nd >> ni ?
(di qui in avanti parlo di silicio, per altri semi i numeri cambiano un
po')
Un cm^3 di silicio contiene circa 5 10^22 atomi. A temperatura ambiente,
nel silicio intrinseco ci sono circa 1.4 10^10 coppie di portatori
(ni=1.4 10^10 coppie/cm^-3). Vuol dire che soltanto un atomo di silicio
ogni 3600 miliardi di atomi e` ionizzato. La conducibilita` e`
abbastanza piccola (ni per il germanio e` dalle parti di 10^13, per
l'arseniuro di gallio di 10^9, il GaAs intrinseco e` un semiisolante,
non un semiconduttore). 
Se si mettono piu` di 10^10 atomi di drogante al cm^3, il grosso dei
portatori (di un tipo) arriveranno dal drogante (Nd>>ni). Ad esempio se
metti Nd=10^14 atomo al cm^3, hai che su 7000 elettroni, in media uno
arriva da generazione termica e gli altri 7000 dal drogante. Le lacune
invece se la passano male e vivono poco (appena vedono un elettrone
vengono "tappate" e si tolgono di mezzo): ne restano appena 2 milioni al
cm^3 (per ogni lacuna ci sono 51 milioni di elettroni). 
Tieni presente che quando droghi a 10^14 atomi al cm^3, hai un atomo di
drogante (che si ionizza) ogni 500 milioni di atomi di silicio.
Trovi informazioni di questo genere (a parte sul tuo libro che
evidentemente non hai guardato bene), anche su 
http://www2.zemris.fer.hr/~uli/zbirka/vol1.html
Ciao
Franco


http://www.poli.studenti.to.it/~s93146/

 V della barriera.
Le altre cariche pompate da V che non si vanno ad accoppiare proseguono e
così vengono "iniettate" un certo numero dn di elettroni nella zona neutra p
e un certo numero dp lacune nella zona neutra n. Ho capito bene? Quindi è
così che circola corrente nella giunzione np? Gradirei una spiegazione
dettagliata sulle piccole iniezioni e di come si forma la corrente. Magari
anche un grafico che mostra come varia la concentrazione dei minoritari.
Grazie.

 può esistere al di fuori del nucleo solo per pochi istanti).
La vita del protone e` praticamente illimitata (uno upper bound credo
sia dalle parti di 10^30 s), anche fuori dal nucleo. E` il neutrone che
da solo, fuori dal nucleo, ha una vita media di circa un quarto d'ora.
Per quanto riguarda le lacune, e` piu` comodo considerarle come cariche
positive mobili, con tanto di massa, mobilita` ecc. ecc. In questo modo
si hanno due tipi di portatori liberi (in banda di conduzione). Se
invece consideri solo gli e-, hai che gli elettroni in banda di
conduzione sono liberi, e gli altri, quelli che formano le lacune, come
si muovono? Non li "vedi" passare da un atomo all'altro, passano (se ben
ricordo) per tunneling. E quindi, al posto di studiare due diversi tipi
di conduzione, si preferisce usare due tipi di portatori (e- e h) che
vengono descritti dalle stesse regole.
Credo sia piu` semplice da capire se si considerano due tipi di cariche
piuttosto che un tipo solo di cariche con due meccanismi di conduzione.
Ciao
Franco

generatore e poi ?Cioč la corrente finisce?
Ma come, fino adesso abbiamo parlato di cariche pompate... Il
generatore č la pompa. In diretta le cariche negative entrano nel
semiconduttore n e le cariche positive entrano in p e
contemporaneamente le cariche positive escono da n e le cariche
negative escono da p.
--
Ciao, Giuseppe
dragos...@yahoo.com

Sulla seguente sito 
http://jas.eng.buffalo.edu/applets/index.html
 c'è un
applet java che mostra come circola la corrente in una giunzione np
sottoposta ad una differenza di potenziale. Vi è un grafico che mostra due
archi di funzione esponenziale, che dovrebbero essere gli elettroni e le
lacune che vanno ad incrementare di dp e dn i portatori minoritari delle
regioni neutre. In quel grafico c'è anche l'ampiezza xn0 e xp0 della regione
di svuotamento. Tale ampiezza è l'ampiezza di equilibrio cioè prima che vi
fosse applicata la differenza di potenziale oppure è la nuova ampiezza della
zona di svuotamento (che si è ristretta!)? . E soprattutto riferendosi al
grafico, dove stava la vecchia ampiezza della zona di svuotamento?  Grazie.

anche un grafico che mostra come varia la concentrazione dei
minoritari.
Del come si forma la corrente ne ho parlato nel messaggio che ho
spedito ieri ma per ricavarne l'espressione caratteristica
I=Is*exp(V/Vt) è necessario (tra le altre cose) enunciare e dimostrare
il teorema della giunzione ed io non sono in grado di farlo in un modo
più semplice e rapido di quello presente su un qualsiasi libro di
testo degno di questo nome. Comunque se ti interessa posso inviarti
una dispensa scritta dal mio professore (un file in formato pdf di
114K) in cui è presente, oltre che alla fisica della giunzione pn,
anche il funzionamento del transistor bipolare e qualche accenno al
MOS.
--
Ciao, Giuseppe
dragos...@yahoo.com

piuttosto che un tipo solo di cariche con due meccanismi di
conduzione.
E' esattamente come dici tu, io ho voluto fare quella precisazione
perché dal discorso di beppe (che per comodità ho riquotato) mi era
sembrato che non avesse ben chiaro che le lacune e le cariche positive
degli atomi accettori (oltre che quelle degli ioni prodottisi per
agitazione termica), sono la stessa cosa.
--
Ciao, Giuseppe
dragos...@yahoo.com