Estimativa da concentração de lacunas em silício baseada em suas propriedades elétricas, Notas de aula de Circuitos Elétricos

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Diodo

CARACTERÍSTICAS

Exemplo

⦿ A condutividade elétrica à temperatura ambiente de uma

amostra de silício é 500(Ω.m) -1. A concentração do elétron é 2,0x10²²m - ³. Usando a mobilidade do elétron e do buraco para o silício, estime a concentração de lacunas.

Semicondutores

intrínsecos

Dispositivos Eletrônicos: Diodos – Semicondutor do tipo N.

Se um cristal de silício for dopado com átomos pentavalente (arsênio, antimônio ou fósforo), também chamados de impurezas doadora, será produzido um semicondutor do tipo N (negativo) pelo excesso de um elétron nessa estrutura

Semicondutores

extrínsecos

Semicondutores extrínsecos

▶ Todo cristal de Germânio ou Silício, dopado com impurezas

doadoras, é chamado de CRISTAL SEMICONDUTOR TIPO N (N de

negativo, referindo-se à carga do elétron).

▶ Todo cristal puro dopado com impurezas receptoras é chamado

de CRISTAL SEMICONDUTOR TIPO P (P de positivo, referindo-se a

carga do próton).

▶ Tanto no cristal tipo N como no tipo P, em cada átomo o número

de prótons é igual ao número de elétrons. Sendo assim, o cristal

impuro (tipo P ou N) é eletricamente neutro.

▶

Como se produz

Wafers de Silício

e Chips de

Computadores?

Formação dos diodos

• Um pedaço de semicondutor, tanto tipo N quanto

tipo P, não tem mais utilidade do que um resistor

- A junção PN diodos e transistores

• O nome diodo vem da contração de dois (di)

eletrodos (odos)

O mais simples dispositivo semicondutor

É um dispositivo de 2 terminais

Dispositivos Eletrônicos: Diodos – Junção PN

Região de

depleção

• No lado N os elétrons repelem-se em todas as direções, inclusive alguns elétrons são lançados através da junção PN recombina-se com uma lacuna e deixa de ser elétron livre e passa a ser um elétron de valência
• Na verdade temos a geração de íons positivos no lado P e íons negativos no lado N.

Diagramas de energia da junção PN e região de depleção

Conforme os elétrons livres da parte superior da banda de condução da região n cruzam a junção, a região de depleção começa a se formar e expandir. Porém, o nível de energia da banda de condução da região n também começa a diminuir. Este processo continuará até que não haja mais elétrons na banda de condução da região n com energia suficiente para cruzar a junção. Nesse momento, a junção está em equilíbrio e a região de depleção está completa porque a difusão está concluída.

reversa direta

Dispositivos Eletrônicos: Diodos – Polarização

Polarização direta - bandas de energia

Do ponto de vista de um diagrama de energia, a polarização direta de um diodo aumenta a densidade do elétron na banda de condução de sua região n. Veremos que os níveis de energia das bandas de valência e condução na região n são elevados, permitindo que elétrons livres cruzem a junção. A chave para entender isso é que os elétrons querem se mover para baixo e os buracos, para cima. Assim, ao empurrar a região n mais para cima, os elétrons podem “cair” na banda de valência ou, se tiverem energia suficiente, podem se mover diretamente para a banda de condução do material tipo p. Além disso, observe que a região de depleção é mais estreita no equilíbrio com polarização direta.

Polarização inversa

Para um diodo ser polarizado

reversamente, a tensão de

polarização externa deve ser

conectada do lado oposto de como

foi conectada a um diodo na

condição de polarização direta. Assim,

o lado positivo está conectado à

região n enquanto o lado negativo

está conectado à região p.