DIODO (carica elettrica)

[brabus]

mmm... qualcosa non quadra in questa definizione.
La definizione è quella di un conduttore ideale. Per il conduttore siamo tutti d'accordo sul fatto che il campo elettrico all'interno è nullo in condizioni di equilibrio. In caso contrario avremmo spostamento di carica.
Qui però non abbiamo a che fare con un conduttore, bensì con una regione di carica spaziale.

Nella teoria dei semiconduttori non ho mai usato l'aggettivo "neutro" per definire lo stato di un materiale.

In ogni caso torniamo a noi. Quando metti a contatto il silicio P col silicio N, è come mettere a contatto due gruppi di persone: i ragazzi da una parte e le ragazze dall'altra.
All'inizio i due gruppi se ne stanno ognuno nella propria metà della stanza, così all'interno ha una regione di carica spaziale (nella quale non passa nessuno); giocoforza hai una differenza di potenziale elettrostatico fra le due zone, che dà origine a un campo elettrico all'interno dell'area.

Fin qui tutto chiaro?

[Ianero]

se il materiale è neutro il campo elettrico interno è nullo.

Falso.

[anto123]

Fin qui tutto chiaro?

Sì, fin qui è chiaro, ho capito come funziona una giunzione e come nasce il campo elettrico, se non vado errato si origina a partire da una disuniformità di drogaggio tra i due materiali, per cui c'è un gradiente, una corrente di diffusione, un campo elettrico che si origina da carica fisse positive/negative e una corrente di deriva (detto molto ma molto velocemente).
Il problema nasce dal fatto che ciò che ha ripetuto più volte il mio professore è stato "la regione a bande piatte è neutra perché le cariche sono perfettamente bilanciate/compensate, non ci sono correnti e non c'è campo elettrico". In più abbiamo discusso delle equazioni fondamentali dei SEMICONDUTTORI e quando ha parlato di modello diffusione-deriva ha fatto riferimento alla semplificazione di Shockley-Read-Hall e tra le ipotesi per applicarla c'era quella di materiale neutro, e lui ha detto queste parole "dire che il materiale è neutro significa dire che il campo elettrico interno è nullo". Cosa ne pensate? Aiutatemi ad uscire da questa confusione Potrei fare queste domande al mio professore, ma prima di farle vorrei avere un pochino le idee più chiare

[Ianero]

dire che il materiale è neutro significa dire che il campo elettrico interno è nullo

Non è vero, la giunzione (per intera) PN è il controesempio.

Credo comunque che il tuo prof stesse facendo riferimento alla regione quasi neutra, non a quella di svuotamento.
La semplificazione del modello consiste nel separarlo artificiosamente in due zone nette:

1. una di svuotamento, dove ci sono le cariche fisse scoperte;
2. due quasi neutre, una nella zona N e una nella zona P, dove puntualmente la densità di carica si può approssimare come circa nulla.

[Pioz]

La neutralita' dipende sempre da dove la guardi. Cioe' su cosa ti concentri.

Se prendi la bacchetta di plastica e la strofini col panno, la bacchetta si carica, e il panno anche. Ma se prendi l'insieme bacchetta panno questo sara' comunque neutro perche' quello che hai tolto da una parte e' andato dall'altra.

Quindi se prendi l'intera giunzione PN hai la neutralita' (teorma di Gauss, flusso del campo elettrico nullo - ergo, non hai campo elettrico tra i terminali della tua giunzione...e per fortuna senno' avremo energia gratis).
Ma se ti concentri solo nella regione d svuotamento, guardando il solo lato p, o solo quello n li' non hai neutralita' perche il p avra' un sacco di elettroni in piu' (provenienti dalla regione n) che prima non aveva (quindi possiede una carica negativa), mente per il lato n sara' il contrario.

Per Gauss (forse non serviva neanche scomodarlo, ma almeno hai il significato fisico dietro) quindi li' ci sara' campo elettrico, ma localizzato nella regione di svuotamento, non lo vedi da fuori.


Sembra assurdo anche a me (non riesco bene a visualizzarlo mentalmente), ma in condizione di equilibrio c'e' continuo flusso di carica...e anche tanto!, uno dovuto alla corrente di diffusione e uno dovuto al campo elettrico (corente di deriva).
In equilibrio questi due sono identici e si cancellano (visti da fuori non esistono).
Quando tu polarizzi una giunzione in diretta/inversa stai semplicemente alternado questo equilibrio e quindi il risultato e' che vedi qualcosa anche da fuori, ai capi della tua giunzione.
Quando fai/farai l'ipotesi di "bassa iniezione", stai semplicemente dicendo che lo squilibrio che tu stai provocando ai capi della regione di svuotamento e' piccolo rispetto ai valori assoluti delle correnti di diffusione e deriva che effettivamente ci sono.

[Ianero]

anto123 chiedeva in un nuovo post (che ho cancellato perché è sufficiente continuare qui):

Ciao a tutti, sto studiando il diodo e mi è sorto un grande dubbio. Studiando il diodo in condizione di equilibrio ho visto che vale il principio di neutralità di carica nella regione di svuotamento, e in particolare sui miei appunti è scritto NEUTRALITA' DI CARICA -> xpNA = xnND. Questa cosa vista così mi è chiara ma poi sempre sugli appunti (dopo aver introdotto la polarizzazione) è scritto "non stiamo in condizioni di neutralità, perché per definizione è una regione di carica spaziale". Quindi intuisco che la regione di carica spaziale non sia neutra, come pensavo dall'inizio. Anche perché avevamo parlato di quasi neutralità solo per le regioni n e p. Allora perché sopra mi dice che c'è neutralità di carica? Non riesco ad uscire da questa contraddizione. Qualcuno saprebbe aiutarmi? Vi ringrazio

La risposta è che la tua intuzione è corretta, nel senso che la regione di carica spaziale non è puntualmente neutra, proprio perché ha le cariche fisse scoperte. Ovviamente però l'integrale della densità di carica nell'intero diodo è zero, perché esso è neutro. Poiché abbiamo artificiosamente approssimato le regioni al di fuori della zona di svuotamento come quasi neutre, ne segue che è zero anche l'integrale della densità di carica ristretto alla sola zona di svuotamento.

[anto123]

Ok, perfetto. Ora ho un altro dubbio relativamente alle correnti (non so se posso fare qui la domanda o dovevo aprire un altro topic nel forum). Quando siamo in condizioni di equilibrio in un diodo, le correnti totali sono uguali a zero, quindi corrente di diffusione di elettroni + corrente di deriva di elettroni = 0. Quando applichiamo invece la polarizzazione la somma delle correnti non può più essere nulla proprio perché deve circolare corrente. In particolare, sui miei appunti si parla di condizione di bassa iniezione, ma non mi è chiara una cosa, quando diciamo che in bassa iniezione vengono iniettati portatori così da aumentare la concentrazione dei minoritari, questi portatori iniettati passano dal semiconduttore dove sono maggioritari, giusto? Inoltre, questi portatori che vengono iniettati dalla regione dove sono maggioritari alla regione dove sono minoritari, rappresentano la corrente di diffusione?

[Ianero]

Sì, sono l’eccedente corrente di diffusione, che c’è grazie al fatto che hai ridotto la corrente di Drift, modificando il potenziale dall’esterno.