Re: Perchè la luce genera tanto calore ?

From: Elio Fabri <mc8827_at_mclink.it>
Date: Wed, 25 May 2005 21:30:09 +0200

Senti, io non sono un solidista, ma mi pare che tu abbia idee alquanto
peculiari sulla fisica dei solidi...

Gabriele Sanzi ha scritto:
> Possiamo dire questo: Prendiamo un atomo di silicio completo di tutti
> gli elettroni disposti sui vari orbitali. Tale atomo � inserito in un
> reticolo cristallino di forma tale da minimizzare l'energia potenziale
> di tutto il sistema. Tuttavia, per agitazione termica, gli elettroni e
> gli atomi stessi oscillano intorno al loro punto di equilibrio nel
> reticolo. Possiamo dire che in questa condizione di equilibirio, gli
> elettroni siano nella cosiddetta banda di valenza.
Che cosa c'entra l'agitazione termica con l'eistenza delle bande, di
valenza o altre? Questa dipende solo dall'interazione fra gli atomi,
che ha per effetto di "delocalizzare" un gran numero di stati degli
elettroni. L'agitazione termica puo' avere al piu' effetto nel
determinare la popolazione dei diversi livelli (v. dopo).

> Un materiale semiconduttore � un materiale che permette alle sue
> cariche mobili (parliamo degli elettroni degli orbitali pi� esterni,
> ma non solo) di muoversi (cio� di distaccarsi da un nucleo e muoversi
> nel materiale attraverso il reticolo) solo se viene fornita una dose
> di energia adeguata: quello che viene chiamato, energy gap. Quindi,
> fornendo tale energia, gli elettroni si distaccano dal nucleo di
> appartenenza ed entrano nella cosiddetta banda di conduzione.
Niente affatto. L'energy gap c'e' sempre: negli isolanti, nei
semiconduttori, nei metalli, tra una bandsa e l'altra.
Un isolante ha la banda di valenza piena e quella di conduzione
vuota, e il semiconduttore (intrinseco) lo stesso.
In un metallo invece la banda di conduzione non e' completamente
piena, ed e' per questo che e' conduttore.

Cio' che distingue un isolante da un semoconduttore e' l'ampiezza del
gap: se questa non e' troppo grande, per agitazione termica alcuni
elettroni possono passare nella banda di conduzione.
Questo spiega tra l'altro perche' la conducibilita' di un
semiconduttore intrinseco aumenti con la temperatura, al contrario di
cio' che capita nei metalli.

> ...
> Vediamola da due punti di vista differenti.
> Il primo: i fotoni che viaggiano e colpiscono l'oggetto sono dotati di
> energia e "cozzano" contro gli atomi del reticolo cristallino,
> mettendo in agitazione il reticolo stesso: l'effetto � un aumento
> delle agitazioni termiche e quindi della temperatura.
I fotoni non "cozzano" contro gli atomi (che poi saranno ioni) nel
senso che e' di gran lunga prevalente l'interazione con gli elettroni.

> Il secondo: i fotoni che viaggiano colpiscono gli elettroni liberi o
> pi� esterni degli atomi del reticolo cristallino, e forniscono loro
> una energia tale da portarli a superare l'energy gap tra la banda di
> valenza e quella di conduzione: pertanto, si distaccando dal nucleo e
> cominciano a spostarsi nel materiale generando una corrente elettrica.
OK, salvo che non si "distaccano" dal nucleo, per quanto ho gia' detto a
proposito delle bande.

> Occorre che esistano pi� elettroni da colpire che atomi da far
> oscillare.
> per questo, i semiconduttori vengono "drogati", cio�, vengono inserite
> opportuni materiali che fanno si che i loro atomi, inserendosi nel
> reticolo cristallino al posto di atomi di silicio (o di altro
> semiconduttore) portino delle cariche libere, in pi�, in maniera da
> aumentare le probabilit� di essere colpiti da fotoni e quindi generare
> un flusso di corrente all'interno del materiale.
Veramente le cose stanno in modo alquanto diverso...
Considera per es. un atomo di fosforo in un cristallo di silicio.
Accade che uno dei 5 elettroni di valenza del fosforo riesce molto
debolmente legato all'atomo: assai meno che nell'atomo libero. Puo'
quindi essere strappato facilmente (agitazione termica) per essere
trasferito nella banda di conduzione, dove contribuisce alla
conducibilita' del materiale.

Nel caso del boro (trivalente) accade l'inverso: l'atomo puo'
faciolmente catturare un elettrone, lasciando un "buco" nella banda di
valenza. Amche in questo caso hai un contributo alla conducibilita'
(di tipo p, mentre l'altro era tipo n).

> Attendo commenti.
Fatto :-)
                                                  

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Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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Received on Wed May 25 2005 - 21:30:09 CEST