diodo

diodo

dìodo [Comp. di di- e (elettr)odo "a due elettrodi"] [ELT] Denomin. data inizialmente dall'ideatore, A. Fleming (1902), a un tubo termoelettronico a vuoto con due elettrodi (catodo e anodo), capostipite della lunga serie dei poliodi termoelettronici e oggi data anche a dispositivi bipolari a stato solido caratterizzati, come l'originario d. a vuoto, da una caratteristica tensione-corrente fortemente asimmetrica, cioè da una conduzione completamente o prevalentemente unidirezionale: v. diodi. Per i tipi di d. e locuz. riguardanti d. che non sono ricordati nel seguito si rinvia al termine di qualificazione. ◆ [ELT] D. a capacità variabile: lo stesso che varactor. ◆ [ELT] D. a cavità esterna: tipo di d. laser accoppiato a una cavità risonante esterna: v. optoelettronica: IV 306 c. ◆ [ELT] D. a cristallo: lo stesso che, generic., d. a stato solido o a semiconduttori. ◆ [ELT] D. a doppia eterostruttura: v. laser: III 362 e. ◆ [ELT] D. a effetto di campo: d. a semiconduttori in cui i portatori di carica sono di una sola polarità. Tali d. sono realizzati collegando assieme gli elettrodi gate e source di un transistore a effetto di campo; presentano una caratteristica tensione-corrente duale rispetto a quella dei d. Zener. ◆ [ELT] D. a effetto tunnel, o d. tunnel: v. diodi a stato solido per microonde: II 207 e. ◆ [ELT] D. a gas, o a riempimento gassoso: analogo a un d. termoelettronico a vuoto, salvo il fatto che in esso è presente un gas a bassa pressione (in genere, argon o vapore di mercurio), per cui la conduzione è determinata, oltre che dagli elettroni emessi dal catodo, anche dagli ioni prodotti da questi nel gas, con un notevole aumento dell'intensità della corrente; il suo uso tipico è come raddrizzatore di corrente: v. diodi: II 203 d. ◆ [ELT] D. a giunzione p-n: v. semiconduttori, dispositivi a: V 158 c. ◆ [ELT] D. a quattro strati: lo stesso che d. Shockley (v. oltre). ◆ [ELT] D. a resistenza negativa: d. a semiconduttori in cui, in virtù di particolari fenomeni fisici, si ha un intervallo della caratteristica tensione-corrente dove l'intensità della corrente diminuisce all'aumentare della tensione applicata, presentando quindi, in tale tratto, resistenza differenziale (rd=dV/dI) negativa; opportunamente polarizzati, si comportano da elementi attivi per segnali di ampiezza limitata, consentendo la realizzazione di amplificatori, oscillatori, ecc., a basso rumore; le loro tipiche frequenze di impiego sono nel campo delle microonde. Di tale categoria sono i d. tunnel, i d. a effetto Gunn e i d. a tempo di transito. ◆ [ELT] D. a riscaldamento diretto e indiretto: v. diodi: II 202 e, 203 d. ◆ [ELT] D. a semiconduttori, o a stato solido: è costituito da una giunzione di semiconduttori, di tipo semplice, cioè p-n, o di tipo complesso (p-i-n, p-n-i-n, ecc.); rinviando alle voci specifiche per i tipi a giunzione complessa (PIN, Shockley, ecc.) ricordiamo qui le notizie principali sui d. a giunzione p-n. Questi sono schematicamente costituiti da una giunzione metallo-semiconduttore o da una giunzione semiconduttore p-semiconduttore n (giunzione p-n), e sfruttano la conduzione asimmetrica che tali giunzioni presentano. Senza entrare nel merito del meccanismo di conduzione (per il quale v. giunzione p-n), ci limiteremo qui a ricordare che in generale il senso diretto di conduzione, cioè quello nel quale il d. presenta minore resistenza elettrica, è dal semiconduttore p verso quello n o dal semiconduttore verso il metallo, e che, contrariamente a quanto accade nei conduttori ordinari, la resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura. Una prima categoria di d. a semiconduttore, le cui proprietà erano note assai prima che fossero note le modalità di conduzione nei semiconduttori, è costituita da quelli che nel passato erano chiamati "raddrizzatori metallici", indicati ora come d. a composti intermetallici, di cui rilevanti esponenti sono i d. a rame-ossido di rame e i d. a selenio, prevalentemente usati come raddrizzatori di corrente ed entrati nell'uso intorno al 1926. Un d. a ossido di rame è costituito da un disco di rame puro, una faccia del quale viene trattata in modo che su essa si formi uno straterello di ossido rameoso (Cu₂O), semiconduttore; sullo strato di ossido viene pressato un elettrodo metallico nichelato o argentato; la giunzione a conduzione asimmetrica è quella al contatto dell'ossido con il rame; si ha una conduzione pratic. unidirezionale nel verso che va dal-l'ossido verso il rame (senso diretto di conduzione). Sostanzialmente simili sono i d. a selenio (disco di ferro che porta su una delle facce uno strato di selenio grigio). Tra i d. di questa categoria vanno ricordati anche i d. a magnesio-solfuro di rame, utilizzanti composti di titanio, cadmio, antimonio e tellurio. Una seconda categoria è costituita dai d. a punta, apparsi intorno al 1946 e sostanzialmente derivati dai "rivelatori a cristallo" (a galena, a carborundum, a silicio) dei primordi della radiotecnica. Sono costituiti da un elettrodo a forma di cilindretto, all'estremità del quale è fissato un minuscolo monocristallo di germanio o di silicio; contro il monocristallo preme la punta affilatissima di un sottile filo elastico (di tungsteno, di bronzo fosforoso o d'oro), portato da un elettrodo; il tutto è racchiuso in un involucro di protezione, di vetro o di altro materiale isolante. La giunzione che determina le proprietà del d. è quella al contatto della punta con il monocristallo, e il senso diretto è dalla punta al monocristallo (per analogia di funzioni con il d. termoelettronico, si dà il nome di anodo alla punta e di catodo al monocristallo). Assai più efficienti e diffusi oggi in tutte le applicazioni sono peraltro i d. a giunzione p-n, realizzati intorno al 1949. La giunzione che qui interessa è la sottile zona limite tra una zona semiconduttrice p (cioè con eccesso di lacune) e una zona semiconduttrice n (con eccesso di elettroni), creata mediante diffusione di sostanze droganti in un semiconduttore intrinseco, di solito di silicio. Le giunzioni più usate sono di tipo planare; la fase di drogaggio per diffusione della lastrina di silicio è seguita da una fase di ossidazione in cui si forma uno strato superficiale di biossido di silicio, che assicura isolamento elettrico e protezione da contaminazioni chimiche; si ottiene in tal modo una struttura monolitica assai robusta e affidabile, e la possibilità di far circolare correnti assai intense: la densità di corrente nella giunzione può raggiungere valori molto elevati, assai maggiori di quelli che si possono avere nei d. a punta. I parametri funzionali più importanti dei d. a semiconduttore sono essenzialmente: la tensione inversa massima, l'intensità della corrente inversa, l'intensità della corrente diretta massima e la temperatura massima alla giunzione. La tensione inversa massima (compresa tra pochi volt e qualche migliaio di volt) è la tensione massima che il d. può sopportare nel verso di difficile conduzione, superata la quale si instaura nel semiconduttore una sorta di scarica distruttiva; si può ritenere che la tensione di lavoro, intesa come tensione efficace applicata al d., non debba superare un terzo della tensione inversa massima. L'intensità della corrente inversa, misurata a una frazione della tensione massima, ha valori compresi tra qualche pA e qualche mA, tale valore dipende dal materiale (nel silicio è di due ordini di grandezza minore che nel germanio), è proporzionale al-l'area della giunzione e dipende esponenzialmente dalla temperatura della giunzione. L'intensità della corrente diretta massima, di particolare importanza nell'impiego di d. come raddrizzatori di corrente, ha valori compresi tra 0.1 A e 1000 A; essa è limitata, tra l'altro, dalla dissipazione di potenza nel d. (pari al prodotto tra il valore dell'intensità della corrente e della caduta diretta di tensione). La temperatura massima della giunzione (che dipende dal materiale di cui è fatto il d.) è quella che non deve essere assolut. superata se non si vuole danneggiare irreparabilmente il d., e costituisce un'importante limitazione pratica. Si può ritenere che la temperatura di lavoro non debba superare, normalmente, la metà della temperatura massima di lavoro (in °C). Per garantire un efficace raffreddamento della giunzione, nei d. destinati a essere attraversati da correnti di media e di grande potenza (se ne fanno per potenze sino a decine di kW) i monocristalli sono portati da elettrodi massicci e buoni conduttori del calore (→ raddrizzatore), che vengono poi collegati, con buoni contatti termici, ad ampi radiatori. Il comportamento statico dei d. a giunzione p-n è descritto dalla seguente legge: i=i₀ exp[eV/(kBT)]; dove i e V sono, rispettiv., l'intensità della corrente che scorre nel d. e la tensione applicata, e è il valore assoluto della carica dell'elettrone, kB la costante di Boltzmann e T la temperatura assoluta della giunzione; questa legge è verificata con buona approssimazione finché la tensione inversa è ben minore della tensione inversa massima. ◆ [ELT] D. a tempo di transito: d. a semiconduttori che, con strutture diverse e basati su principi di funzionamento almeno in parte diversificati, realizzano efficaci dispositivi a microonde con resistenza differenziale negativa, sfruttando il tempo di transito dei portatori di carica attraverso il d., vale a dire il ritardo esistente tra la causa, che dà luogo alla generazione dei portatori, e l'effetto, consistente nella corrente indotta nel circuito esterno. Appartengono a tale categoria i d. BARRITT, IMPATT e TRAPATT, per i quali si rinvia alle rispettive voci. ◆ [ELT] D. a valanga: v. fotorivelatore: II 741 e. ◆ [ELT] D. a vuoto: v. diodi: II 202 e. ◆ [ELT] D. con emissioni laser: v. elettroluminescenza: II 334 d. ◆ [ELT] D. controllato: lo stesso che thyratron se a gas e tiristore se a stato solido. ◆ [ELT] D. elettroluminescente: lo stesso che LED. ◆ [ELT] D. Esaki: lo stesso che d. a effetto tunnel (v. sopra). ◆ [MCF] D. fluidico: dispositivo logico fluidico che permette il passaggio di un fluido in modo nettamente preferenziale in un verso definito, come tale equivalente a un diodo. ◆ [ELT] D. fotoconduttore: d. a giunzione di semiconduttori la cui resistenza dipende dall'illuminamento della giunzione: v. fotorivelatore: II 739 e. ◆ [ELT] D. fotoemittente: lo stesso che LED. ◆ [ELT] D. Gunn (propr. a effetto Gunn): particolare tipo di d. a semiconduttori: → Gunn, John Battiscombe. ◆ [ELT] D. hot carrier: lo stesso che d. Schottky (v. oltre). ◆ [ELT] D. ideale: quello caratterizzato da resistenza nulla nel verso di conduzione e infinita nel verso opposto, cioè con una conduzione perfettamente unidirezionale (per es., v. circuiti non lineari: I 623 e). ◆ [ELT] D. laser: v. semiconduttori, dispositivi a: V 160 f. ◆ [ELT] D. per microonde: v. diodi a stato solido per microonde. ◆ [ELT] D. Schottky: d. a giunzione in cui questa, di piccolissima estensione superficiale, è realizzata fra un metallo (di solito oro) e un semiconduttore di tipo n poco drogato, tipic. silicio o arseniuro di gallio (giunzione Schottky); rispetto ai normali d. a giunzione p-n presenta una maggiore conduttività per polarizzazione diretta, una minore caduta di potenziale in conduzione (0.2÷0.3 V) e un tempo di recupero partic. piccolo; trova impiego sia in circuiti integrati logici digitali ad alta velocità di commutazione, sia come rivelatore (v. fotorivelatori: II 741 a) che come mescolatore per microonde. ◆ [ELT] D. Shockley: d. multifunzione a silicio, con struttura analoga a quella del tiristore ma senza l'elettrodo di controllo, impiegato nell'elettronica industriale come interruttore statico di bassa potenza e alta velocità di commutazione. ◆ [ELT] D. termoelettronico (propr. a effetto termoelettronico): v. diodi: II 202 e. ◆ [ELT] D. termoionico: lo stesso che d. a gas (v. sopra). ◆ [ELT] D. tunnel (propr. a effetto tunnel): v. sopra. ◆ [ELT] D. varactor: → varactor. ◆ [ELT] D. Zener (propr. a effetto Zener): → Zener, Clarence.