nerofum ha scritto:
> perch� si dice che nei semiconduttori la corrente elettrica avviene
> sia per il movimento delle lacune che per il movimento degli
> elettroni?
> Questi due moti non sono strettamente correlati tra loro? Cio� il
> movimento di una elettrone in un senso non provoca il movimento di una
> lacuna nell'altro?
giulia.sim_at_tiscali.it ha scritto:
> si muovono gli elettroni, ma in alcuni casi � pi� comodo descrivere il
> moto delle lacune
> Come quando a cinema l'ultimo arrivato chiede di 'scalare' per fargli
> posto, � pi� comodo descrivere lo spostamento del posto vuoto, invece
> che quello di tutte le persone.
> idem per un recipiente con acqua + aria
> puoi descrivere lo spostamento delle bolle d'aria o delle gocce
> d'acqua, a seconda dei casi
> ( si lo so questo paragone acqua = elettroni, aria= lacune non va bene
> perch� l'aria esiste ' da se', non � solo assenza di acqua,ma ci
> siamo capiti e chiedo venia)
Non e' per quello che non va bene...
cesare fontana ha scritto:
> certo.
E invece no, come ha spiegato Ferrixman.
> ma come si dice sempre in questi casi.,.... e' un modello.
Per un fisico un modello non e' una descrizione all'ingrosso, magari
sballata. E' una schematizzazione che permette di fare calcoli e da'
risultati ragionevolmente corretti.
> sono sempre gli elettroni che si "muovono" ma e' piu' facile fare i
> calcoli con le lacune..
Si', ma non in modo ovvio...
> se faccio gorgogliare acqua in una vasca sono le bolle che salgono o
> l'acqua che scende?
Tu quoque? :)
Franco ha scritto:
> Senza meccanica quantistica non c'e` verso di spiegare in modo decente
> che cosa sono le lacune.
Proprio cosi'. E non e' nemmeno semplice...
Ora cerchero' almeno di dire dove e come entra la m.q.
Ferrixman ha scritto:
> Non � la stessa cosa. Alcuni elettroni si staccano dagli atomi
> lasciando delle lacune e finendo in banda di conduzione, quindi
> completamente liberi.
La tua spiegazione e' corretta negli aspetti piu' sofisticati (salvo
per qualche punto che dico dopo) mentre lascia a desiderare nel punto
di partenza...
> A quel punto avrai che uno degli atomi del cristallo di silicio sar�
> rimasto senza elettrone, e il suo posto potra essere occupato dall'e-
> di un atomo vicino. Cos� avrai da un lato una lacuna, dall'altro un e-
> libero.
Ecco il punto. Gli elettroni della banda di valenza non li puoi
considerare legati a singoli atomi: sono delocalizzati in tutto il
cristallo.
Se descrivi una lacuna semplicemente come un atomo senza un elettrone,
manchi un aspetto essenziale, e non puoi spiegare perche' la lacuna
si comporti come una carica positiva con massa positiva.
> La somma della corrente � proprio data dalla somma della corrente di
> lacune e di elettroni liberi.
Diciamolo in altro modo: da una parte hai l'elettrone libero.
Dall'altra hai il resto degli elettroni in banda di valenza, che si
muovono anch'essi. _A tutti gli effetti_ il loro moto sotto l'azione
del campo elettrico equivale a quello di una singola lacuna.
> ...
> Affrontiamo il caso in cui questo livello contenga un elettrone. Esso
> sar� molto vicino alla banda di conduzione, e sar� facile che quindi
> acquisti energia per arrivarci.
Vero, ma che vuol dire "facile"?
Stai trascurando il ruolo fondamentale dell'agitazione termica.
Il fatto e' che l'energia di legame dell'elettrone di cui si parla e'
dell'ordine di kT: per questo e' facile portarlo nella banda di
conduzione.
Invece il gap e' molto maggiore, e per questo l'eccitazione termica da
bv a bc e' assai meno facile.
Ora cerco di dire qualcosa sul perche' ci vuole la m.q.
Un cristallo e' un sistema di atomi dipsosti in modo periodico e a
piccola distanza tra loro. In queste condizioni i livelli energetici
degli atomi liberi vengono fortemente alterati, e la struttura di
livelli dell'intero cristallo assume la forma a "bande", ossia un
numero grandissimo di livelli estremamente vicini tra loro (una banda)
separato da un altro numero simile (un'altra banda) da quello che si
chiama un "gap", che puo' essere dell'ordine di 1 eV.
In un semiconduttore tipo silicio tutte le bande fino a una piu' alta
sono interamente occupate in tutti i livelli. La piu' alta si chiama
"banda di valenza". La prima libera si chiama "banda di conduzione".
(In altri cristalli le cose possono essere diverse o piu' complicate.)
Occupiamoci della banda di valenza. Per cominciare, non e' facile
capire perche' se si applica un campo elettrico questi elettroni non
dovrebbero muoversi. E infatti si muovono, ma il loro contributo
totale alla corrente *e' nullo*.
Questo accade perche' per ogni elettrone che si muove in verso opposto
al campo (vel. di gruppo negativa) ce n'e' un altro che si muove nel
verso del campo (vel. di gruppo positiva).
E per capire questo bisogna entrare nella m.q.: analizzare come sono
fatte le varie f. d'onda, e fare qualche conto...
Altra cosa sconcertante, e che non ha una spiegazione intuitiva: un
elettrone che si trovi in un livello vicino alla sommita' della bv ha
una "massa efficace" negativa.
La cosa e' un po' meno assurda se si tiene conto che non e' certo un
elettrone libero: quindi quando gli si applica una forza esterna non
c'e' da aspettarsi che acceleri banalmente nel verso della forza.
Anche il resto del cristallo agisce sull'elettrone, e tutto va come se
la forza risultante fosse in verso contrario (col che non l'ho mica
spiegato: l'ho solo detto :) ).
Sono queste considerazioni che servono per capire come mai una bv
privata di un elettrone si comporta a tutti gli effetti come una
particella positiva e di massa positiva, quindi piu' facile da
visualizzare...
--
Elio Fabri
Received on Mon Nov 28 2005 - 21:01:01 CET