Quando pensiamo ai dispositivi elettronici, spesso pensiamo a quanto velocemente funzionano questi dispositivi o per quanto tempo possiamo far funzionare il dispositivo prima di ricaricare la batteria. Ciò a cui la maggior parte delle persone non pensa è la composizione dei componenti dei propri dispositivi elettronici. Mentre ogni dispositivo differisce nella sua costruzione, questi dispositivi hanno tutti una cosa in comune: circuiti elettronici con componenti che contengono elementi chimici silicio e germanio.
TL; DR (Too Long; Didn't 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 celle fotoelettriche. La differenza principale tra diodi al silicio e germanio è la tensione necessaria per l'accensione del diodo (o diventare "polarizzato in avanti"). I diodi al silicio richiedono 0,7 volt per essere polarizzati in avanti, mentre i diodi al germanio richiedono solo 0,3 volt per polarizzarsi in avanti.
Come causare metalloidi per 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 elettronico esterno che contiene quattro elettroni; questa proprietà del silicio e del germanio rende difficile per entrambi gli elementi nella sua forma più pura un buon conduttore elettrico. Un modo per indurre un metalloide a condurre liberamente corrente elettrica è riscaldarlo. L'aggiunta di calore fa sì che gli elettroni liberi in un metalloide si muovano più velocemente e viaggino più liberamente, permettendo 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 a silicio e germanio
Un altro modo per modificare le proprietà elettriche di germanio e silicio è introdurre elementi chimici chiamati droganti. Elementi come boro, fosforo o arsenico si trovano nella tavola periodica vicino al silicio e al germanio. Quando i droganti vengono introdotti in un metalloide, il drogante fornisce un elettrone in più al guscio di 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 da un lato e l'arsenico dall'altro. Il punto in cui la parte drogata con boro incontra la parte drogata con arsenico è chiamato giunzione P-N. Per un diodo al silicio, il lato drogato con boro è chiamato "silicio di tipo P" perché l'introduzione del boro priva il silicio di un elettrone o introduce un "buco" di elettrone. Dall'altro lato, il silicio drogato con arsenico è chiamato "N -type silicon "perché aggiunge un elettrone, che facilita il flusso della corrente elettrica quando viene applicata tensione al diodo.
Poiché un diodo funge da valvola unidirezionale per il flusso di corrente elettrica, ci deve essere 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 alimentazione 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 l'elettricità. Quando l'alimentazione viene applicata correttamente a un diodo e il diodo sta conducendo corrente elettrica, si dice che il diodo è polarizzato in avanti. Quando i poli negativo e positivo di una fonte di alimentazione vengono applicati ai materiali a polarità opposta di un diodo - polo positivo su materiale di tipo N e polo negativo su materiale di tipo P - un diodo non conduce corrente elettrica, una condizione nota come polarizzazione inversa.
La differenza tra germanio e silicio
La differenza principale tra germanio e diodi al silicio è la tensione alla quale la corrente elettrica inizia a fluire liberamente attraverso il diodo. Un diodo al germanio in genere inizia a condurre corrente elettrica quando la tensione applicata correttamente sul diodo raggiunge 0,3 volt. I diodi al silicio richiedono più tensione per condurre la corrente; sono necessari 0,7 volt per creare una situazione di polarizzazione diretta in un diodo al silicio.
