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Come sono distribuiti gli elettroni all¡¯interno dei materiali? |
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Per comprendere il funzionamento di tutti i componenti elettronici a stato solido ?indispensabile analizzare alcuni principi fisici di base che determinano le propriet?strutturali della materia. |
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Le nostre cognizioni scolastiche di base ci insegnano che in ogni atomo ?presente un numero variabile di elettroni. Ogni solido che ci circonda contiene quindi un numero enorme di elettroni. La nostra esperienza quotidiana ci dimostra per?che solo alcuni materiali sono buoni conduttori (metalli alcalini: litio, sodio, potassio; metalli nobili: rame, argento, oro), mentre altri sono isolanti (legno, plastiche) o semiconduttori (silicio, arseniuro di gallio). Queste diversit?sono spiegabili considerando che gli elettroni all¡¯interno dei cristalli sono confinati in bande di energia separate da intervalli proibiti (vengono chiamati gap di energia), cos?come presentato in figura. |
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La nostra esperienza ci induce a pensare che ogni cosa possa variare con continuit?ma questo, in realt? nel mondo microscopico non ?vero. Ogni variazione avviene per piccoli salti di ben determinata altezza. Se il numero di elettroni in un cristallo ?tale che le bande di energia permesse sono completamente vuote o completamente piene, avremo che nessun elettrone sar?libero di muoversi e quindi si avr?un isolante. Se una o pi?bande sono solo parzialmente riempite, sar?possibile per gli elettroni muoversi al loro interno e quindi avremo un metallo. Se alcune bande sono solo quasi completamente piene o vuote avremo un semiconduttore. Un semiconduttore ideale alla temperatura di zero gradi assoluti diviene un isolante. |
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Tutte le propriet?di trasporto degli elettroni nei cristalli e quindi le propriet?elettriche dei materiali sono legate alla ¡°qualit?#148; di queste bande energetiche. Vedremo che gli elettroni rispondono alla applicazione di campi elettrici o magnetici come se fossero dotati di una massa m che pu?essere pi?o meno grande in funzione del materiale considerato. Vedremo che la conduzione elettrica oltre ad essere causata dal moto di elettroni, di carica negativa, pu?essere attribuita alle lacune, di carica positiva, generate da una mancanza di elettroni all¡¯interno di una banda energetica |
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Per chi fosse
interessato il testo consigliato ?Charles Kittel, Introduzione
alla fisica dello stato solido, Boringhieri |
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