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Perché i chip (o la produzione elettronica) utilizzano semiconduttori anziché conduttori?

I semiconduttori sono diventati una parte importante della vita e il loro utilizzo è onnipresente.Senza i semiconduttori non ci sarebbero la radio, i computer, i telefoni cellulari, la TV, la lavatrice, i videogiochi e certamente la stampa 3D, la guida autonoma, la medicina intelligente o il fotovoltaico.Il rapido sviluppo dell’Internet delle cose ha reso i semiconduttori ancora più versatili.

Nonostante facessero affidamento sulla tecnologia dei tubi a vuoto (i tubi a vuoto, noti anche come tubi elettronici, furono sostituiti dai semiconduttori per ragioni di costo elevato, non durevolezza, dimensioni e bassa efficienza, con elettrodi e filamenti all'interno che sono conduttivi), molti dispositivi elettronici erano creato.Ripensando ai tempi delle valvole termoioniche, televisori, fonografi e radio contenevano tutti circuiti valvolari che richiedevano diversi minuti di riscaldamento ogni volta che venivano accesi ed erano estremamente instabili.Negli ultimi 60 anni, la tecnologia dei semiconduttori ha consentito ai dispositivi di diventare più veloci, più piccoli e più stabili.

Allora perché utilizzare semiconduttori per realizzare questi dispositivi elettronici anziché conduttori?

Cosa sono i semiconduttori?Un semiconduttore è un materiale che conduce l'elettricità tra un conduttore (solitamente un metallo) e un isolante (principalmente una ceramica).I semiconduttori possono essere elementi puri (silicio o germanio) o composti (arseniuro di gallio o seleniuro di cadmio).Nel processo di drogaggio, piccole quantità di impurità vengono aggiunte al semiconduttore puro, determinando un cambiamento significativo nella conduttività elettrica del materiale.

La maggior parte dei dispositivi elettronici sono fabbricati sulla base di transistor, che a loro volta svolgono funzioni come amplificazione, oscillatori e aritmetica, tutte eseguite da semiconduttori.

Allora perché semiconduttori e non conduttori?

Poiché i semiconduttori hanno un'ampia gamma di conduttività, i conduttori hanno solo conduttività molto elevate, che non sono sempre necessarie nella vita di tutti i giorni.Con i semiconduttori e un drogaggio adeguato la conduttività può essere modificata a seconda delle esigenze.Allo stesso tempo, non è possibile drogare i conduttori, la cui natura incontrollabile rende impossibile ottenere esattamente ciò che è necessario (immagina che i conduttori abbiano un gran numero di portatori di carica e che il drogaggio abbia scarso effetto).

Supponendo che i punti A e B di un circuito siano collegati da un conduttore, ci sarà una tensione tra loro e la corrente scorrerà tra i due punti;non c'è modo di controllare il flusso di corrente qui.Al contrario, se i punti A e B sono collegati da un isolante, la corrente non scorrerà e si può fare poco per consentire alla corrente di fluire (a meno che la tensione non venga aumentata a un livello inimmaginabile).

Tuttavia, se viene utilizzato un transistor tra i punti A e B, fornisce un potente metodo per controllare la corrente.Il transistor si trova tra i punti A e B, aggiungendo un nuovo punto C in modo che l'applicazione di una differenza di tensione tra i punti C e B farà sì che la corrente inizi a fluire tra A e B. Questi possono essere eseguiti a tensioni molto basse (sotto i 5 volt ) e correnti basse (basso consumo energetico).Non è possibile utilizzare solo conduttori o isolanti.Poiché i conduttori condurranno sempre, gli isolanti non condurranno mai e solo i semiconduttori realizzano l'apertura e la chiusura.

Senza considerare i giocatori estremi (alcuni direbbero scegliere un cucciolo di tigre), la maggior parte delle persone sceglierebbe un gatto.Per i giocatori estremi, sceglieresti una grande tigre?La ragione ovvia è: incontrollabile e feroce.È molto simile a un conduttore e a un semiconduttore.

Tigre = conduttore (nessun controllo sulla conduttività)

Cat = semiconduttore (la conduttività può essere controllata mediante drogaggio)

Il mondo della scienza è rigoroso e qualsiasi tecnologia non controllabile non durerà.