semicondutores classificação de materiais definida em relação à condutividade elétrica...
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Semicondutores Classificação de Materiais
Definida em relação à condutividade elétrica
Materiais condutores Facilita o fluxo de carga elétrica
Materiais isolantes Dificulta o fluxo de carga elétrica
Semicondutores Resistividade (r)
Oposição ao fluxo de carga elétrica.
Condutor (Cobre): r 10-6 .cm Isolante (Mica): r 10+12 .cm
cmlRAr
Semicondutores Materiais semicondutores
Resistividade típica: Silício (Si): r 50 10+3 .cm Germânio (Ge): r 50 .cm
Nível de condutividade intermediária entre isolantes e condutores.
Semicondutores Dos estudos de química...
Última camada: Camada de valência Átomos com 4 elétrons nesta camada são
chamados átomos tetravalentes (carbono, silício e germânio).
Semicondutores Estrutura atômica
Cristalina chamados tetravalentes Elétrons livres – sensíveis à ddp aplicada Existe aproximadamente:
1,5 10+10 elétrons livres em 1 cm3 (Si Intrínseco) 2,5 10+13 elétrons livres em 1 cm3 (Ge
Intrínseco)
6
Semicondutores
Temperatura, Luz e Impurezas
As propriedades elétricas dos semicondutores são afetadas por variação de temperatura, exposição a luz e acréscimos de impurezas.
Semicondutores
Semicondutores Portadores de Carga
Maus condutores no estado intrínseco
Temperatura >> Elétrons livres >>
Resistência <<
Coeficiente de temperatura negativo!
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Níveis de Energia
Banda decondução
isolante semicondutor condutor
Banda proibida
Banda deValência
Elétronslivres
Lacunas
Banda decondução
Banda deValência
Energia necessária para conduzir:
Materiais Extrínsecos Dopagem do Tipo P e N
Aplicação de impurezas (cuidadosamente) para controlar a condutividade do material a partir de fontes elétricas, térmicas ou luminosas.
Formar Material do Tipo N Impureza pentavalente: Fósforo, Arsênio e
Antimônio
Formar Material Tipo P Impureza trivalente: Boro, Alumínio e Gálio
Introduz um elétron “livre”
elétron
Silício
Elétron “livre”
Dopante pentavalente
Antimônio (Sb)
Material Tipo N
Material continua neutro: nº protons núcleo = nº elétrons órbita
elétron
Silício Buraco
livre
Dopante trivalente
Boro (B)
Introduz uma “lacuna”
Material Tipo P
Material continua neutro: nº protons núcleo = nº elétrons órbita
Efeito na Banda de Energia Material Tipo N
Dopagem 1 parte em 10 milhões Elétron inserido necessita de menos energia
para se tornar condutor
Portadores Majoritários Elétrons (-) no Material Tipo N
Portadores Minoritários Lacunas (+) no Material Tipo P
Diodo Estruturalmente temos:
Material P íons receptores + “lacunas” livres
Material N íons doadores + elétrons livres
-+-+
-+-+
-+
-+-+
-+
-+
-+
-+-+ +-
+-
+- +-+-
+- +-
+-
+-
+-
+-+-
Material p Material n
Diodo A Junção do material do tipo P com o
material do tipo N produz o Diodo.
-+-+
-+-+
-+
-+-+
-+
-+
-+
-+-+ +-
+-
+- +-+-
+- +-
+-
+-
+-
+-+-
Material p Material n
Diodo Próximo à junção, os elétrons livres do
material do tipo N migram para as “lacunas” livres do material do tipo P (atração elétrica).
-+-+
-+-+
-+
-+-+
-+
-+
-+
-+-+ +-
+-
+- +-+-
+- +-
+-
+-
+-
+-+-
Material p Material n
Diodo Forma-se então uma zona de depleção
onde há apenas íons negativos e positivos fixados pela estrutura cristalina.
-+-+
-+-+
-+
-+-+
-+
-
---+ +
+
+ +-+-
+- +-
+-
+-
+-
+-+-
Material p Material n
Diodo Forma-se um campo elétrico que impede
esse movimento
O tamanho da zona de depleção depende: Do material intrínseco (Si, Ge) Da quantidade de impurezas
Tipo N Tipo P
E
Diodo Aplicando uma tensão (polarização
reversa) Elétrons são atraídos para potencial
positivo “Lacunas” são atraídas para potencial
negativo
-+-+
-+-+
-+
-+-+
-+
-
---+ +
+
+ +-+-
+- +-
+-
+-
+-
+-+-
Material p Material n
Diodo Aumento da zona de depleção, impedindo
elétrons livre alcançarem “lacunas” livres através dessa zona.
Presença de corrente reversa (saturação) – Is Devido a impurezas – minoritárias – dos
materiais.
-+-+
-+-+
-+
-+-
+
-+
-
---+ +
+
+ + -+-
+- +-
+-
+-
+-
+-+-
Material p Material n
Is
Diodo Aplicando uma tensão (polarização
direta) Elétrons são afastados pelo potencial
negativo “Lacunas” são afastados pelo potencial
positivo
-+-+
-+-+
-+
-+-+
-+
-
---+ +
+
+ +-+-
+- +-
+-
+-
+-
+-+-
Material p Material n
Diodo Redução da zona de depleção, facilitando
elétrons livre alcançarem “lacunas” livres através dessa zona.
Pouca energia para que elétrons e “lacunas” livres cruzem a junção (corrente Imajoritários)
IsImajoritários
-+-+
-+-+
-+
-+-+
-+
-+
-+
-+-+ +-
+-
+- +-+-
+- +-
+-
+-
+-
+-+-
Material p Material n
Diodo Note que existe uma tensão mínima
aplicada pela bateria/fonte que consegue “zerar” a zona de depleção (potencial de junção). Silício Vjunção = 0,7 V Germânio Vjunção = 0,3 V
Quando polarizado diretamente o diodo conduzirá corrente quando a
tensão direta aplicada for maior que o potencial de junção.
Vdireta > Vjunção.
Referências Dispositivos Eletrônicos e Teoria de
Circuitos Boylestad & Nashelsky
Notas de Aula – Disciplina Eletrônica Prof. Marcelo de Oliveira Rosa – UTFPR –
Curitiba
Diodos Semicondutores Alexandre S. Lujan – Semikron Semicondutores
Ltda.
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