Quando pensiamo ai dispositivi elettronici, spesso pensiamo a quanto velocemente questi dispositivi funzionano o quanto a lungo possiamo far funzionare il dispositivo prima di ricaricare la batteria. Ciò su cui la maggior parte delle persone non pensa è quello che sono i componenti dei loro dispositivi elettronici. Sebbene ogni dispositivo differisca nella sua costruzione, questi dispositivi hanno tutti una cosa in comune: circuiti elettronici con componenti che contengono gli elementi chimici silicio e germanio.
TL; DR (Too Long; Did not Read)
Il silicio e il germanio sono due elementi chimici chiamati metalloidi. Sia il silicio che il germanio possono essere combinati con altri elementi chiamati droganti per creare dispositivi elettronici a stato solido, come diodi, transistor e fotocellule. La differenza principale tra i diodi al silicio e al germanio è la tensione necessaria affinché il diodo si accenda (o diventi "polarizzato in avanti"). I diodi al silicio richiedono 0,7 volt per diventare polarizzati in avanti, mentre i diodi al germanio richiedono solo 0,3 volt per diventare polarizzati in avanti.
Come causare metalloidi a condurre correnti elettriche
Il germanio e il silicio sono elementi chimici chiamati metalloidi. Entrambi gli elementi sono fragili e hanno una lucentezza metallica. Ognuno di questi elementi ha un guscio di elettrone esterno che contiene quattro elettroni; questa proprietà di silicio e germanio rende difficile per entrambi gli elementi nella sua forma più pura di essere un buon conduttore elettrico. Un modo per far sì che un metalloide conduca la corrente elettrica liberamente è di riscaldarlo. L'aggiunta di calore fa sì che gli elettroni liberi in un metalloide si muovano più velocemente e viaggino più liberamente, consentendo alla corrente elettrica applicata di fluire se la differenza di tensione attraverso il metalloide è sufficiente per saltare nella banda di conduzione.
Introduzione di Dopants al silicio e Germanio
Un altro modo per cambiare le proprietà elettriche del germanio e del silicio è introdurre elementi chimici chiamati droganti. Elementi come boro, fosforo o arsenico possono essere trovati sulla tavola periodica vicino al silicio e al germanio. Quando i droganti vengono introdotti su un metalloide, il drogante fornisce un elettrone in più al guscio dell'elettrone esterno del metalloide o priva il metalloide di uno dei suoi elettroni.
Nell'esempio pratico di un diodo, un pezzo di il silicio è drogato con due diversi droganti, come il boro su un lato e l'arsenico sull'altro. Il punto in cui il lato drogato con boro incontra il lato drogato dall'arsenico è chiamato giunzione P-N. Per un diodo al silicio, il lato drogato al boro è chiamato "silicio di tipo P" perché l'introduzione del boro priva il silicio di un elettrone o introduce un "foro" di elettrone. Dall'altro lato, il silicio drogato con arsenico è chiamato "N -tipo di silicio "perché aggiunge un elettrone, il che rende più facile il flusso di corrente elettrica quando viene applicata tensione al diodo.
Poiché un diodo agisce come una valvola unidirezionale per il flusso di corrente elettrica, deve esserci un differenziale di tensione applicato alle due metà del diodo e deve essere applicato nelle regioni corrette. In termini pratici, ciò significa che il polo positivo di una fonte di energia deve essere applicato al filo che va al materiale di tipo P, mentre il polo negativo deve essere applicato al materiale di tipo N affinché il diodo conduca elettricità. Quando il potere è applicato correttamente a un diodo e il diodo sta conducendo corrente elettrica, il diodo viene detto polarizzato in avanti. Quando i poli negativo e positivo di una fonte di alimentazione vengono applicati ai materiali di polarità opposta di un polo diodo - polo positivo a materiale di tipo N e polo negativo a materiale di tipo P - un diodo non conduce corrente elettrica, una condizione nota come reverse-bias.
La differenza tra germanio e silicio
La principale differenza tra germanio e diodi di silicio è la tensione alla quale la corrente elettrica inizia a fluire liberamente attraverso il diodo. Generalmente un diodo al germanio inizia a condurre corrente elettrica quando la tensione applicata correttamente attraverso il diodo raggiunge 0,3 volt. I diodi al silicio richiedono più tensione per condurre la corrente; ci vogliono 0,7 volt per creare una situazione di polarizzazione diretta in un diodo al silicio.
