Principali Dispositivi di Potenza Flashcards
Come variare la densità dei portatori di carica all’interno dei semi-conduttori?
Tramite il drogaggio di tali materiali o applicando in essi campi elettrici.
Cosa viene utilizzato per drogare un atomo?
Viene usato un altro atomo che abbia un elettrone in più nell’ultimo orbitale (donore) o un elettrone in meno (accettore).
Cos’è un elettrone di valenza e di conduzione? Da cosa dipende che esso sia uno o l’altro?
Un elettrone di valenza è un elettrone pronto ad essere condiviso, uno di conduzione è un elettrone libero nel cristallo. Dipende dal loro livello energetico.
Che rapporto hanno la concentrazione di elettroni e quella di lacune all’interno di un cristallo drogato?
Il loro prodotto è uguale a un parametro che dipende dalla temperatura.
Con quali atomi vengono creati i drogaggi di tipo P e quali per il tipo N?
Per un drogaggio di tipo P vengono usati atomi accettori, per uno di tipo N vengono usati i donori.
In cosa consiste la ionizzazione termica?
Ogni atomo di silicio è legato ad altri 4 di essi tramite dei legami covalenti. Alla temperatura dello 0 assoluto, alcuni di questi legami si rompono lasciando lasciando degli elettroni liberi. Tale rottura è dovuta ai movimenti caotici creati dalle basse temperature. Successivamente si libererà un secondo elettrone di un secondo atomo attratto dalla carica positiva creata nel primo atomo creando una lacuna nel secondo atomo e lasciando libero l’elettrone del primo atomo.
In cosa consiste il fenomeno di ricombinazione?
È un fenomeno che avviene quando un elettrone e una lacuna si ricombinano (ricombinazione diretta), oppure quando un elettrone o una lacuna vengono intrappolate nel cristallo a causa delle impurità inserite nel drogaggio (trapping).
Una concentrazione di cariche in eccesso rispetto l’equilibrio termico come si comporta in assenza di forze esterne?
Tende a svanire per tornare all’equilibrio termico di partenza.
Che legame ha il tempo di ricombinazione con la temperatura?
Sono direttamente proporzionali.
Quali tipologie di correnti circolano all’interno di un semi-conduttore?
Corrente di deriva (drift) e corrente di diffusione.
Come nasce la corrente di deriva?
Tramite la creazione di campi elettrici nel materiale.
Come nasce la corrente di diffusione?
Viene creata in presenza di variazioni spaziali di carica. Supponendo di avere un aumento di concentrazioni in un punto dello spazio e un circuito esterno che mantenga tale aumento, si creerà uno spostamento di cariche dalla zona a maggiore concentrazione a quella a minore concentrazione creando una corrente di diffusione per gli elettroni e una per le lacune.
Cosa si intende per dispositivo a portatori maggioritari o minoritari?
Un dispositivo è a portatori maggioritari/minoritari se lo scorrere della corrente è dettato dalla diffusione di maggioritari/minoritari.
Cos’è la giunzione PN?
Con il termine giunzione p-n si indica l’interfaccia che separa le parti di un semiconduttore sottoposte a drogaggio di tipo differente.
Cos’è e come viene formata la zona di svuotamento?
Portando a contatto un semi-conduttore drogato p e uno drogato n le lacune della prima zona diffondono nella seconda e gli elettroni della zona n diffondono nella zona p data l’energia termica delle particelle. Gli elettroni liberi e le lacune in prossimità della giunzione si ricombinano con la loro controparte formando così degli strati ionizzati negativamente dalla parte del semiconduttore di tipo p, positivamente dalla parte del semiconduttore di tipo n che formano un campo elettrico. Appena l’intensità del campo elettrico è tanto ampia da opporsi ad altri scambi di carica si raggiunge l’equilibrio termico. La regione compresa in tale campo elettrico risulta svuotata da portatori di cariche comportandosi dunque da isolante.
Quali tipologie di giunzione PN esistono?
Giunzione a gradino e giunzione lineare.
Come viene creata la giunzione PN?
Tale giunzione viene creata dalla diffusione di maggioritari dalla zona a maggior concentrazione a quella a minor concentrazione dove poi restano immobilizzate.
Come vengono bilanciate le correnti all’interno della giunzione PN?
Le cariche ioniche esposte nella giunzione creano un campo elettrico che genera la corrente di deriva bilanciando la corrente di diffusione.
Come si ottiene la barriera di potenziale all’interno della giunzione PN?
Integrando il campo elettrico creato dalle cariche ionizzate nella zona di deflessione (giunzione).
Qual è il ruolo della barriera di potenziale creata nella giunzione PN?
Quello di respingere la diffusione di elettroni e lacune che provano ad attraversare la giunzione.
Come varia il campo elettrico all’interno di un semi-conduttore drogato PN? Come può essere ricavato tale andamento?
È minimo ai lati del semi-conduttore e massimo sulla giunzione. L’andamento può essere ricavato dall’equazione di Poisson.
Cosa succede al semiconduttore drogato PN se polarizzato inversamente?
Con tale collegamento avviene un allargamento della zona di svuotamento che aumenta la barriera di potenziale diminuendo la probabilità che i maggioritari si diffondano nella giunzione.
Cosa succede al semiconduttore drogato PN se polarizzato direttamente?
In questo caso la zona di svuotamento si riduce insieme al campo elettrico e alla barriera di potenziale permettendo la diffusione di portatori e quindi il passaggio di corrente.
Quali sono le due tipologie di breakdown per un diodo polarizzato inversamente? Su cosa si basano?
Si basano sulla tensione inversa applicata.
- Breakdown a valanga (Vbd > 7V): a causa dell’elevato campo elettrico, gli elettroni raggiungono un’elevata velocità ricombinando i legami covalenti creati dal drogaggio ricomponendo coppie di elettroni e lacune facendo passare una corrente inversa.
- Breakdown zener (Vbd < 5V): tale fenomeno avviene quando il campo elettrico nella giunzione è tanto elevato da rompere i legami covalenti ricombinando le coppie di elettroni e lacune.
Qual è la caratteristica principale del diodo di potenza? Qual è la sua utilità?
La sua caratteristica principale è quella di avere una zona di drift n con una concentrazione minore in modo di aumentare la tensione di breakdown.
Qual è il legame tra la regione di drift e la tensione di breakdown in un diodo di potenza?
Più è ampia la regione di drift, maggiore sarà la tensione di breakdown.
Qual è la differenza principale tra il diodo punch-through e il non-punch-through?
Il diodo è punch-through va in breakdown appena dopo che la regione di svuotamento raggiunge la zona n+ data una minor concentrazione di donori nella zona di drift. Il non punch-through va in breakdown prima che la regione di svuotamento raggiunga la zona n+.
Cosa comporta una maggiore sezione del diodo di potenza?
Permette al diodo di sopportare una maggiore potenza.
Cosa si intende per modulazione di conducibilità per un diodo di potenza?
Il diodo, nello stato acceso, ha una sostanziale riduzione della resistenza della regione di drift a causa della grande quantità di iniezione di portatori in eccesso nella regione di deriva.
Tale fenomeno è detto modulazione di conducibilità.
Cosa causano gli effetti di bordo per un diodo di potenza?
A causa di essi, la zona di svuotamento non è piatta ma presenta delle curvature ai lati. Ciò causa un aumento di campo elettrico in prossimità delle curvature e quindi una minor tensione di breakdown.
Come rimediare agli effetti di bordo per un diodo di potenza?
Modificando la forma del materiale smussando gli spigoli laterali del catodo e aggiungendo delle protezioni in vetro.
