materiais semicondutores e junções...
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Materiais semicondutoresMateriais semicondutorese june junçções Pões P--NN
FlorianFlorianóópolis, maio de 2007.polis, maio de 2007.
Prof. Clóvis Antônio Petry.
Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa CatarinaDepartamento de Eletrônica
Curso Superior de Sistemas DigitaisRetificadores
Bibliografia para esta aulaBibliografia para esta aula
www.cefetsc.edu.br/~petry
Nesta aulaNesta aula
SeqSeqüüência de conteência de conteúúdos:dos:1. Introdução;2. Diodo ideal;3. Materiais semicondutores;4. Níveis de energia;5. Materiais extrínsecos dos tipos N e P;6. Diodo semicondutor.
IntroduIntroduççãoão
A importância da eletrônica:A importância da eletrônica:1. Telecomunicações e entretenimento;2. Computadores e calculadoras;3. Sistemas de controle automático;4. Instrumentação;5. Eletrônica automotiva;6. Geração e distribuição de energia;7. Radar;8. Circuitos integrados;9. Entre outros ....
Capítulo 1
IntroduIntroduççãoão
Projeto de circuitos eletrônicos:Projeto de circuitos eletrônicos:
Um dispositivo eletrônico é um componente que utiliza alguma fontede energia, tal como tensão elétrica ou luz, para controlar o fluxo da
corrente eletrônica.
IntroduIntroduççãoãoB
reve
his
tória
dos
sem
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Disponível em:
www.cefetsc.edu.br/~petry
Pesquisa
Divulgação
Exame de qualificação
IntroduIntroduççãoãoB
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IntroduIntroduççãoãoB
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IntroduIntroduççãoãoB
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Diodo idealDiodo ideal
Símbolo do diodo Curva ID x VD
Anodo(A)
Catodo(C ou K)
Diodo idealDiodo ideal
Diodo conduzindo
Diodo bloqueado
Diodo idealDiodo ideal
Diodo conduzindo
Diodo bloqueado
Materiais semicondutoresMateriais semicondutores
Resistividade de um material2R A cm cm
l cmρ ⋅ Ω ⋅= = = Ω ⋅
Materiais semicondutoresMateriais semicondutores
Valores típicos de resistividade:
( )6
Condutor10 cobrecmρ −≅ Ω
( )( )3
Semicondutor50 germânio
50 10 silício
cm
cm
ρ
ρ
≅ Ω
≅ ⋅ Ω
( )12
Isolante10 micaρ ≅
Materiais semicondutoresMateriais semicondutores
Estrutura cristalina do germânio e silício:
Materiais semicondutoresMateriais semicondutores
Estrutura atômica do germânio e do silício.
Ligação covalente do átomo de silício.
Materiais intrMateriais intríínsecos:nsecos:• São semicondutores cuidadosamente refinados para se
obter a redução de impurezas a um nível muito baixo –são basicamente tão puros quanto permite a tecnologia moderna.
NNííveis de energiaveis de energia
NNííveis de energia:veis de energia:• Quanto mais longe o elétron estiver do núcleo, maior será
o estado de energia, e qualquer elétron que tiver deixado seu átomo de origem apresentará um estado de energia maior do que qualquer outro na estrutura atômica.
NNííveis de energiaveis de energia
Materiais extrMateriais extríínsecos N e Pnsecos N e P
Materiais extrMateriais extríínsecos:nsecos:• Um material semicondutor submetido ao processo de
dopagem é chamado de material extrínseco.
Antimônio (5 elétrons na camada de valência.)
Gálio (3 elétrons na camada de valência.)
Materiais extrMateriais extríínsecos N e Pnsecos N e P
Material do tipo N:Material do tipo N:• É um material semicondutor dopado com impurezas com
cinco elétrons na camada de valência.
Materiais extrMateriais extríínsecos N e Pnsecos N e P
Material do tipo P:Material do tipo P:• É um material semicondutor dopado com impurezas com
3 elétrons na camada de valência.
Materiais extrMateriais extríínsecos N e Pnsecos N e P
Fluxo de elFluxo de eléétrons versus fluxo de lacunas:trons versus fluxo de lacunas:
Materiais extrMateriais extríínsecos N e Pnsecos N e P
Portadores majoritPortadores majoritáários e minoritrios e minoritáários:rios:• 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 o portador majoritário, e o elétron é o portador minoritário.
Diodo semicondutorDiodo semicondutor
JunJunçção Pão P--N:N: Região ou camada de depleção= barreira de potencial
Diodo semicondutorDiodo semicondutor
Sem polarizaSem polarizaçção (Vão (VDD = 0 V):= 0 V):
Diodo semicondutorDiodo semicondutor
Sem polarizaSem polarizaçção (Vão (VDD = 0 V):= 0 V):
Diodo semicondutorDiodo semicondutor
PolarizaPolarizaçção reversa (Vão reversa (VDD < 0 V):< 0 V):
Diodo semicondutorDiodo semicondutor
PolarizaPolarizaçção reversa (Vão reversa (VDD < 0 V):< 0 V):
Diodo semicondutorDiodo semicondutor
PolarizaPolarizaçção direta (Vão direta (VDD > 0 V):> 0 V):
Diodo semicondutorDiodo semicondutor
Modelamento matemModelamento matemáático:tico:
1D
K
K VT
D SI I e⋅⎛ ⎞
= ⋅ −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠
0
corrente direta;corrente de saturação reversa;11600/ onde =1para Ge e =2 para Si;
273
D
S
K C
IIKT T
η η η
==
=
= +
Diodo semicondutorDiodo semicondutor
Modelamento matemModelamento matemáático:tico:
1D
K
K VT
D SI I e⋅⎛ ⎞
= ⋅ −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠
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SeqSeqüüência de conteência de conteúúdos:dos:1. Características dos diodos.