E os Semicondutores, dependem. (Dependem da temperatura, pureza, campo elétrico, etc)

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Airton di Azevedo Castel-Branco
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Proridads Grais dos Smicodutors Prof r João toio Martio Mtais SEMPRE coduzm ltricidad a chuva o sol, a riquza a obrza, a saúd a doça ) solats UC coduzm ltricidad s houvr corrt, algo dfiitivamt rrado

1 Proridads Grais dos Smicodutors Prof r João toio Martio Mtais SEMPRE coduzm ltricidad a chuva o sol, a riquza a obrza, a saúd a doça ) solats UC coduzm ltricidad s houvr corrt, algo dfiitivamt rrado dv star acotcdo ) E os Smicodutors, ddm dm da tmratura, urza, camo létrico, tc) lício: osição dos átomos o cristal Célula Uitária do lício Radom irctio 6 5 Átomos d smicodutors como o lício o Grmâio rtcm a colua da tabla riódica m têm 4 létros a última camada Em uma strutura cristalia sts átomos stão coctados através d ligaçõs covalts a mais 4 átomos d silício ara comltar os 8 cssários ara sua stabilização Cada átomo é como o ctro d um ttradro od os catos stão ocuados los 4 átomos d silício istac agstroms) is ta c a gs tro m s ) istac agstroms) Um ctímtro cúbico d silício cotém 5,,,,,,, átomos

2 Utilizado uma rrstação bidimsioal simlificação), cada átomo d silício 4 létros a última camada) rcisa d 4 ligaçõs covalts 4 átomos d ) ara atigir a stabilidad h Em Klvi todos os létros stão rsos m suas ligaçõs covalts Em tmratura maior qu K tmratura ambit, or mlo, 3 K), létros odm adquirir rgia suficit ioização térmica) ara scaar da ligação covalt Gração do ar Elétro)lacuah) h coc d létros coc d lacuas i coc itrísca i st rocsso, chamado d Gração d ortadors, o létro toras livr dia o su lugar um buraco lacua) qu também arstará caractrística d ortador d corrt

3 O létro grado cotras livr ara s dslocar dtro do silício Por mlo, s for alicada uma tsão como idicada abaio, o camo létrico iduzirá o dslocamto dos létros o stido ivrso ao do camo létrico corrt covcioal associada ), orém, trá o msmo stido do camo létrico, como d ra E h > slocamto dos létros livrs lacua grada od sr ocuada or um outro létro viziho também rtct a uma ligação covalt), qu or sua vz diará uma lacua o su lugar assim sucssivamt Por mlo, s for alicada uma tsão como idicada abaio, o camo létrico iduzirá o dslocamto dos létros rtcts as ligaçõs covalts o stido ivrso ao do camo létrico O rocsso também od sr visto como o dslocamto d lacuas o msmo stido do camo létrico, com carga ositiva d carga quivalt a do létro m módulo corrt covcioal associada ) trá st caso o msmo stido do dslocamto das lacuas E h > slocamto do létros rtcts às ligaçõs covalts vizihas slocamto das lacuas

4 Coctração trísca 3 E G k 1 i ) [B ] B arâmtro qu dd do matrial B 5, K 3 cm 3 ara o silício) tmratura m Klvi E G Ergia míima ara qubrar uma ligação covalt 1,1 ara o silício) K 8,61 5 K Emlo: Para 3 K i 1,451 1 ortadorscm 3, ou sja, 1,451 1 létroscm 3 1,451 1 lacuascm 3, já qu o silício itrísco i mbrar qu o silício tm 51 átomos d silíciocm 3 oagm do lício

5 additioal Elétro adicioal lctro lício io létros adicioais) Elétro livr s dslocado Em quilíbrio térmico : s s i o rocsso d doagm do silício com lmtos PEEES rsêio or mlo), cada átomo d arsêio qu ocua a osição d um átomo d silício doa um létro livr ara a strutura cristalia OOR), já qu os 4 outros starão fazdo art das ligaçõs covalts Quado st létro s distacia das roimidads do arsêio, dizs qu o átomo ficou ioizado com carga ositiva igual m módulo à carga do létro rdido i i i missig lctro lício io P lacuas adicioais) Elétro faltado a ligação covalt lacua) acua m movimto B B Em quilíbrio térmico : i i i i o rocsso d doagm do silício com lmtos REES BORO or mlo), cada átomo d boro qu ocua a osição d um átomo d silício dá origm a uma lacua ara a strutura cristalia CEOR), já qu uma das ligaçõs covalts ão s cocrtiza Quado sta lacua s dsloca das roimidads do boro, dizs qu o átomo ficou ioizado com carga gativa igual à carga do létro qu ocuou a lacua

6 Mcaismos d Codução d Corrt m Smicodutors : ifusão J J q q grad) grad) q q d d d d q q d d d d coficits d usão d lacuas létros rsc 1 cm s 34 cm s) v µ E J q µ E q µ E h E J qµ q E µ µ ) Mcaismos d Codução d Corrt m Smicodutors : riva rift) v µ E E > q µ E Rsistividad: [ q µ µ )] ρ 1 µ µ mobilidad das lacuas létros rsctivamt µ 48 cm s, µ 135 cm s) Rlação d Eisti: µ µ

iodo Smicodutor Jução P) ifusão é rdomiat odo Catodo io P io riva é rdomiat odo Catodo Polarização rvrsa Polarização dirta a P S 1) Foto d um diodo costruído a EPUSP acuas

7 iodo Smicodutor Jução P) ifusão é rdomiat odo Catodo io P io riva é rdomiat odo Catodo Polarização rvrsa Polarização dirta a P S 1) Foto d um diodo costruído a EPUSP acuas majoritárias) JUÇÃO P ats do cotato Modlo d cargas) : io P : io Elétros livrs majoritários) Íos gativos rsos a rd cristalia io P : i i i io : i i i Íos ositivos rsos a rd cristalia

8 JUÇÃO P aós o cotato Modlo d cargas) ogo aós o cotato ocorrrá o dslocamto d ortadors létros lacuas) or usão dvido a rça d coctração dsts ortadors o P o sta forma as lacuas s dslocarão do lado P ara o lado ) quato os létros s dslocarão do lado ara o lado P ) ot qu a corrt total d usão srá a soma das duas comots io P io o atravssar a jução as lacuas vão s rcombiar com os létros dsaarc ambos os ortadors) formado uma rgião d carga sacial rgião d dlção) dm ara os létros qu atravssam a jução s rcombiam com as lacuas JUÇÃO P a camiho do quilíbrio térmico Modlo d cargas) rgião d carga sacial rgião d dlção) criada dará origm a um camo létrico itro do lado ara o lado P, qu icultará a assagm dos ortadors dará origm a comot d corrt d iva o stido ivrso ao dslocamto or usão sta forma as lacuas s dslocarão or iva do lado ara o lado P ) quato os létros s dslocarão or iva do lado P ara o lado ) ot qu a corrt total d S iva srá a soma das duas comots io P io > E

9 JUÇÃO P atigiu o quilíbrio térmico Modlo d cargas) S huma olarização tra for alicada, as corrts d usão d iva tdm a s aular mutuamt, d forma qu m quilíbrio: ou S ) S io P io ou S Rgião d lção E i :camo létrico itro d quilíbrio io P Rgião d lção E i si dad d Cargas ρ ) q X X io W d q q ε s q 1 1 q Potcial Elétrico ) O l i

10 S JUÇÃO P olarizada dirtamt Modlo d cargas) S for alicada uma olarização ositiva do aodo com rlação ao catodo olarização dirta), dimiuirá o camo létrico rsultat a jução E r E i E t ), o qu facilitará a assagm dos ortadors majoritários or usão ocialmt imiums as comots d iva mioritários) la rdução do camo létrico, rsultado m: > ou > S ) > io P Rgião d lção io E r <E i JUÇÃO P olarizada rvrsamt Modlo d cargas) S for alicada uma olarização gativa do aodo com rlação ao catodo olarização rvrsa), aumtará o camo létrico rsultat a jução E r E i E t ), o qu icultará a assagm dos ortadors majoritários or usão ocialmt st caso aumtams as comots d iva mioritários) dvido ao aumto do camo létrico a rgião d dlção, rsultado m < ou < S ) < S io P Rgião d lção io E r >E i

11 istribuição d Portadors Mioritários a Jução P irtamt Polarizada dução da Equação d Corrt o iodo Coctração d acuas o lado, a borda da rgião d dlção: ) od é a tsão tra alicada à jução 1) i Coctração d acuas o lado m EXCESSO: ) [ ) ] ) ) P é o comrimto d usão ara lacuas: τ τ é o tmo d vida das lacuas m csso o lado

12 q ) ) 1 ) d d q ) ) [ ] [ ] ) ) 1 ) ) 1) ) q Substituido 1) m ): 1) q q q i 1) S q i 1) ) q 1) S alogamt ara a usão d létros o lado P: Od obsrvas qu S dd ricialmt d, mraturai) doags O arâmtro 1 st caso tribuis valors o itrvalo d 1 a dvido a fitos ão idais

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