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I SEMICONDUTTIRI - IL TERMISTORE

fisica




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I SEMICONDUTTIRI

La conduttività elettrica di un cristallo puro di silicio e di germanio (i semiconduttori x eccellenza) è intermedia tra quella dei conduttori metallici e quella degli isolanti. In un cristallo di silicio puro, quasi tutti gli elettroni sono legati ai singoli atomi, quindi gli elettroni liberi di condurre la corrente sono in numero esiguo. Se scaldiamo il cristallo le vibrazioni degli atomi sono + accentuate, quindi altri elettroni riescono ad acquistare energia x liberarsi dai legami. I semiconduttori hanno una resistenza elettrica minore ad alta temperatura, poiché il numer 656b17g o di elettroni liberi aumenta. Nei metalli la resistenza elettrica aumenta all'aumentare della temperatura, a causa delle vibrazioni degli atomi che ostacolano il moto dai legami. In quasi tutte le applicazioni dell'elettronica, i semiconduttori trovano impiego non come cristalli puri, ma con delle impurità (groganti). Questi possono essere di tipo:

n, che sono costituite da atomi di fosforo e di arsenico, cioè da elementi pentavalenti capaci di cedere facilmente un elettrone, quindi aumentano il n° di elettroni di conduzione;




p, che sono costituiti da atomi di alluminio e di gallio, cioè da elementi trivalenti, uno di questi atomi può strappare un elettrone da atomo di silicio, perciò nascono delle cariche elettriche positive fittizie (lacune).

Il diodo è costituito da due parti in contatto, una con impurità di tipo n e l'altra di impurità di tipo p. Supponendo che all'inizio le due parti siano separate, appena vengono messe a contatto, gli elettroni della zona n si diffonderanno in tutte le direzioni, anche nella zona p occupando le lacune libere. A loro volta, le lacune della zona p si diffonderanno nella zona n. Mentre il cristallo è ancora globalmente neutro, il meccanismo di diffusione porta a una distribuzione di cariche positive e negative a cavallo della giunzione p-n. questo doppio strato di cariche blocca il proseguimento della diffusione degli elettroni poiché li respinge indietro. Se dall'esterno si collega al diodo una pila, la corrente di elettroni può passare facilmente o meno, a seconda della polarità della pila.

Nello schema il diodo è collegato in maniera da essere in conduzione. Se fosse collegato in verso contrario , la corrente non passerebbe, cioè il diodo sarebbe in interdizione Le celle solari fotovoltaiche sono sostanza identiche ai diodi: la differenza è che le celle vengono costruite di grandi dimensioni per poter raccogliere una maggiore quantità di energia solare. Inoltre lo strato rivolto verso la luce, viene realizzato con uno spessore molto sottile, in maniera che la luce possa attraversarlo facilmente, arrivando alla giunzione con sufficiente intensità per liberare molti elettroni di silicio. Questi, assieme alle lacune, vengono a trovarsi entro il doppio strato di cariche. L'azione del campo elettrico esistente entro il doppio strato fa si che gli elettroni (cariche +) vengano indirizzati verso la zona n, mentre le lacune (cariche -) vengano avviate verso la zona p: e x questo permette l'erogazione della corrente nel circuito esterno della cella.


IL TERMISTORE

Il termistore è un componente elettrico a semiconduttore la cui resistenza elettrica dipende in maniera notevole dalla temperatura. La resistenza del termistore diminuisce con l'aumentare della temperatura, al contrario di ciò che avviene nel caso dei metalli. La sensibilità di un termometro a termistore è più elevata nelle zone di basse temperature che in quelle delle alte temperature.




IL TRANSISTORE E I CIRCUITI INTEGRATI

Il transistore è un dispositivo a semiconduttore ed oggi risulta un componente elettrico insostituibile negli amplificatori e nei circuiti logici dei calcolatori elettronici. Un transistore è costituito da materiale semiconduttore (silicio o germanio) drogato in maniera da formare tre zone che prendono il nome di emettitore base e collettore. La zona intermedia è molto + sottile delle altre 2. Esistono dei transistori di tipo p-n-p e di tipo n-p-n. I generatori elettrici collegati alle tre zone del transistore servono x creare le opportune differenze di potenziale. La giunzione tra base ed emettitore è polarizzata direttamente, quindi è in grado di condurre corrente, proprio come il diodo. Perciò, gli elettroni passano dall'emettitore alla base, e le lacune dalla base all'emettitore, ed entrambi vanno a formare la corrente ie che esce dall'emettitore. Ma la corrente ib che entra nella base è molto più piccola di ie  poiché quasi tutti gli elettroni che passano dall'emettitore alla base vengono catturati dal collettore che è positivo, e vanno a formare la corrente ic.


LA STORIA DEL'EFFETTO FOTOVOLTAICO

La scoperta dell'effetto fotovoltaico risale a Edmond Becquerel, il quale, nel 1839, quando aveva soltanto 19 anni, presentò all'accademia delle Scienze di Parigi la sua "memoria sugli effetti elettrici prodotti sotto l'influenza dei raggi solari". Becquerel stava effettuando esperienze con una cella elettrolitica in cui erano immersi due elettrodi di platino, quando scoprì che l'intensità aumentava quando si espandeva la cella alla luce del sole.

Si deve aspettare il 1876 per leggere notizie di effetti analoghi ottenuti con dispositivi a tasto solido, quali il selenio e le giunzioni fra questo elemento e ossidi metallici. Dopo molti lavori teorici e sperimentali, la prima cella solare commerciale fu prodotta infine presso i laboratori Bell nel 1954 da un gruppo di lavoro che realizzò una giunzione planare su un microcristallo di silicio, producendo in tal modo il capostipite delle moderne celle fotovoltaiche.









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