Quando pensiamo ai dispositivi elettronici, spesso pensiamo a quanto velocemente funzionano questi dispositivi o per quanto tempo possiamo far funzionare il dispositivo prima di ricaricare la batteria. Ciò a cui la maggior parte delle persone non pensa è di cosa sono fatti i componenti dei loro dispositivi elettronici. Sebbene ogni dispositivo differisca nella sua costruzione, questi dispositivi hanno tutti una cosa in comune: circuiti elettronici con componenti che contengono gli elementi chimici silicio e germanio.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Il silicio e il germanio sono due elementi chimici chiamati metalloidi. Sia il silicio che il germanio possono essere combinati con altri elementi chiamati droganti per creare dispositivi elettronici a stato solido, come diodi, transistor e cellule fotoelettriche. La differenza principale tra i diodi al silicio e al germanio è la tensione necessaria affinché il diodo si accenda (o diventi "polarizzato in avanti"). I diodi al silicio richiedono 0,7 volt per essere polarizzati in avanti, mentre i diodi al germanio richiedono solo 0,3 volt per diventare polarizzati in avanti.
Come indurre i metalloidi a condurre correnti elettriche
Germanio e silicio sono elementi chimici chiamati metalloidi. Entrambi gli elementi sono fragili e hanno una lucentezza metallica. Ciascuno di questi elementi ha un guscio elettronico esterno che contiene quattro elettroni; questa proprietà del silicio e del germanio rende difficile per entrambi gli elementi nella sua forma più pura essere un buon conduttore elettrico. Un modo per far sì che un metalloide conduca liberamente la corrente elettrica è riscaldarlo. L'aggiunta di calore fa sì che gli elettroni liberi in un metalloide si muovano più velocemente e viaggino più liberamente, consentendo l'applicazione corrente elettrica per fluire se la differenza di tensione attraverso il metalloide è sufficiente per saltare nella conduzione con gruppo musicale.
Introduzione di droganti al silicio e al germanio
Un altro modo per modificare le proprietà elettriche del germanio e del silicio è introdurre elementi chimici chiamati droganti. Elementi come boro, fosforo o arsenico si trovano sulla tavola periodica vicino a silicio e germanio. Quando i droganti vengono introdotti in un metalloide, il drogante fornisce un elettrone in più al guscio elettronico esterno del metalloide o priva il metalloide di uno dei suoi elettroni.
Nell'esempio pratico di un diodo, un pezzo di silicio viene drogato con due diversi droganti, come il boro da un lato e l'arsenico dall'altro. Il punto in cui il lato drogato con boro incontra il lato drogato con arsenico è chiamato giunzione P-N. Per un diodo al silicio, il lato drogato con boro è chiamato "silicio di tipo P" perché l'introduzione di boro priva il silicio di un elettrone o introduce un "buco" di elettroni. Sopra l'altro lato, il silicio drogato con arsenico è chiamato "silicio di tipo N" perché aggiunge un elettrone, che rende più facile il flusso di corrente elettrica quando viene applicata diodo.
Poiché un diodo funge da valvola unidirezionale per il flusso di corrente elettrica, deve esserci un differenziale di tensione applicato alle due metà del diodo, e deve essere applicato nelle regioni corrette. In pratica, ciò significa che il polo positivo di una fonte di alimentazione deve essere applicato al filo che va al Materiale di tipo P, mentre il polo negativo deve essere applicato al materiale di tipo N affinché il diodo possa condurre elettricità. Quando l'alimentazione viene applicata correttamente a un diodo e il diodo conduce corrente elettrica, si dice che il diodo è polarizzato in avanti. Quando i poli negativo e positivo di una fonte di alimentazione sono applicati ai materiali di polarità opposta di un diodo - polo positivo a Materiale di tipo N e polo negativo a materiale di tipo P: un diodo non conduce corrente elettrica, una condizione nota come polarizzazione inversa.
La differenza tra germanio e silicio
La principale differenza tra i diodi al germanio e al silicio è la tensione alla quale la corrente elettrica inizia a fluire liberamente attraverso il diodo. Un diodo al germanio inizia tipicamente a condurre corrente elettrica quando la tensione applicata correttamente ai capi del diodo raggiunge 0,3 volt. I diodi al silicio richiedono più tensione per condurre la corrente; ci vogliono 0,7 volt per creare una situazione di polarizzazione diretta in un diodo al silicio.