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Sistemas Eletrônicos

Eletrônica AnalógicaSemicondutores

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1 – Introdução

Condutor: É o material que sustenta um grande fluxo de carga ao se aplicar, através de seus terminais, uma fonte de tensão de amplitude limitada.

Isolante: É o material que oferece um nível muito baixo de condutividade quando submetido a uma fonte de tensão.

Semicondutor: É o material que tem um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e de um condutor.

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1 – Introdução

Valores de resistividade ρ (Ω.m):

1012 Ω.cm (mica)50 Ω.cm (germânio)50 103 Ω.cm (silício)

10-6 Ω.cm (cobre)

IsolanteSemicondutorCondutor

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1 - Introdução

• Existem vários materiais semicondutores, os que despertam mais interesse em relação ao desenvolvimento de dispositivos semicondutores são do Germânio (Ge) e o Silício (Si). Deste o mais usado é o silício.

• Esses dois tipos de materiais podem ser produzidos com altos níveis de pureza (1:10.000.000.000).

• A adição de uma parte de impureza (do tipo adequado) por milhão em um wafer de material de silício pode transformar um condutor relativamente inferior em um bom condutor.

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1 - Introdução

• Si e Ge tem suas características significativamente alteradas pela adição de luz ou calor.

Condutor: aumenta a resistência com o aumento da temperatura.

Semicondutor: diminui a resistência com o aumento da temperatura.

• Semicondutor sem adição de impurezas à temperatura ambiente é um isolante.

• Semicondutor sem adição de impurezas (puro) é chama de semicondutor intrínseco.

• Processo de adição de impurezas chama-se: “DOPAGEM”

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1 - Introdução

• Semicondutores são átomos tetravalentes. Se organizam através de uma estrutura de cristal singular através de ligações covalentes.

• Embora as ligações covalentes resulte em uma ligação forte entre os elétrons de valência (elétrons da última camada orbital), estes elétrons podem absorver energia (luz, calor, tensão, etc) e assumirem o estado livre.

• Quanto mais longe o elétrons estiver do núcleo, maior será o estado de energia, e qualquer elétrons que tiver deixado seu átomo de origem apresentará uma estado de energia maior do que qualquer outro na estrutura atômica.

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2 – Materiais Extrínsecos

• As características dos materiais semicondutores podem ser consideravelmente alteradas pela adição de determinados átomos de impurezas no material semicondutor. A razão de adição é em torno de uma parte em 1 milhão.

• O semicondutor que passa por um processo de dopagem é chamado de semicondutor extrínseco.

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2.1 – Materiais Extrínsecos tipo N

• O material tipo N é criado com a introdução de dos elementos de impurezas que têm cinco elétrons de valência (pentavalentes), como o antimônio o arsênio e o fósforo.

• Devido ao átomo de impureza existe um quinto elétron adicional dissociado de qualquer ligação covalente, esse elétrons adicional, tenuamente ligado à seu átomo de origem, está relativamente livre para se mover dentro do recém formado material tipo N.

• O átomo pentavalentes são doadores.

• O material tipo N é ainda neutro.

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2.2 – Materiais Extrínsecos tipo P

• O material tipo P é criado com a introdução de dos elementos de impurezas que têm três elétrons de valência (trivalentes), como o boro o gálio e índio.

• Agora existe um número insuficiente de elétrons para completar as ligações covalentes. O espaço vazio é chamado de Lacuna. A lacuna aceita rapidamente um elétron livre.

• O átomo trivalentes são aceitadoras.

• O material tipo P é ainda neutro.

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2.3 – Portadores

• Em um material do tipo n,o elétron é chamado de portador majoritário, e a lacuna é chamada de portador minoritário.

• Em um material do tipo P, a lacuna é chamado de portador majoritário, e o elétron é chamada de portador minoritário.