Não é processado isoladamente, porém existem devido as junções.

Transcrição

1 DIODO pag. 1 Não é processado isoladamente, porém existem devido as junções. V DD V SS n + p + p + n + n + p + Silício tipo n cavidade p Silício policristalino Metal Óxido

2 Modelo Básico P P N Difusão de lacunas Difusão de elétrons I I Tdif I Tder T No livro está + 0 N Equilíbrio I Pdif I Ndif ξ Bi I Pder I Nder RDD

3 Modelo Básico Junção metalúrgica p-n lado p CDD lado n Carga a) N D + d p - d N n A x

4 b) c) E d p d n x V Bi V d p d n x

5 Apêndice A - Diagrama de Bandas de Energia pag. 171 Densidade de elétrons I I lado p n ndifusão lado n deriva Φ Fp Φ V Bi E F F n E i I pdifusão I p deriva Densidade de lacunas Diagrama de bandas em equilíbrio

6 V D >0 Polarização positiva RDD I I Tdif I Tder T > 0

7 Apêndice A - Diagrama de Bandas de Energia pag. 171 Densidade de elétrons I I n n lado p deriva difusão lado n Φ Fp Φ V E ap F F n E i I p difusão I p deriva Densidade de lacunas Diagrama de bandas em polarização direta (Vap positivo)

8 V D <0 Errado no livro Polarização negativa RDD I I Tdif I Tder T < 0

9 Apêndice A - Diagrama de Bandas de Energia pag. 171 Densidade de elétrons I I lado p n ndifusão lado n deriva Φ Fp V E ap F Φ Fn E i I pdifusão I p deriva Densidade de lacunas Diagrama de bandas em polarização reversa (Vap negativo)

10 Potencial Interno V Bi Φ Fp + Φ Fn kt q ln N A n N i 2 D Largura da Região de depleção (RDD) d 2 ε Si (V Bi q V D ) 1 N A + 1 N D Para N A >>N D pode ser simplificada d 2 ε Si (V Bi V D ) RDD depende de V Bi e V D qn D RDD tende ao lado menos dopado da junção

11 Exercício 1. Qual o V Bi de uma junção com a) N A cm -3 e N D cm -3 e de uma outra com b) N A cm -3 e N D cm -3, ambos para silício ( n i 1, cm -3 ), para uma temperatura de 27 C. Solução : a) 696 mv, b) 933 mv

12 Capacitância de junção Aplicando-se um V D tem-se um d da RDD que representa uma variação de carga, resultando assim uma capacitância diferencial, conhecida como capacitância de junção C j ε d Si q ε 2(V Bi Si N D V D ) (F/cm 2 ) Exercício 3. Utilizando as junções do ex. 1( a) N A cm -3 e N D cm -3 e de uma outra com b) N A cm -3 e N D cm -3 ), determinar a largura de depleção de cada uma e a capacitância de função por unidade de área com V D 0V.

13 Capacitância de difusão - extra Nas regiões neutras, p e n, há difusão de cargas de uma região para outra: lacunas da região p para região n e vice-versa. O número de cargas difundidas é determinado pela V D pois a V D determina a altura da barreira de potencial e, consequentemente, o campo elétrico na região de depleção. V D determina o número de cargas minoritárias difundidas. Portanto um V D causa uma variação na quantidade (um excesso) de cargas minoritárias. Para conservar a neutralidade, este excesso de cargas minoritárias é compensado por cargas majoritárias. Portanto a carga armazenada é uma função da tensão aplicada.

14 Compensação de lacunas + - Fluxo de elétrons Fluxo de lacunas + - Lado p Lado n Compensação de elétrons Portadores majoritários Compensação com lacunas Compensação com elétrons Cargas em excesso com tensão V D Cargas em excesso com tensão V D + V D Portadores minoritários Elétrons difundidos Lacunas difundidas Região curta Região longa

15 Correntes no diodo. A difusão das cargas majoritárias para dentro da outra região é limitada pelo potencial interno V Bi. Aplicando-se uma tensão externa que polarize o diodo diretamente, aumentam-se as cargas em excesso, por causa da diminuição da barreira de potencial. Assim gera-se um corrente através da difusão de cargas majoritárias e assim estas cargas majoritárias começam a compor a corrente. (está diferente no livro) A corrente total de um diodo, I D, pelo modelo de primeiro ordem.

16 I D V D I Do exp 1 nv T I Do a corrente reversa de um diodo que é função de dopagens, coeficiente de difusão, tempo de vida das cargas minoritárias e dimensões do diodo. Um valor típico é A. n fator de idealidade : um valor típico é próximo de 1 I D logi D a 300 K mv V D V Polarização D reversa Polarização direta

17 Exercício 4. Deduza o valor de 60 mv/década. a) Na parte de corrente direta há uma primeira correção importante, as resistências (parasitárias ), que existem no diodo, influenciam na curva, principalmente para altas correntes. b) Alta injeção. Para altas correntes, a inclinação muda para 120 mv/década, o fator de idealidade tende a 2. c) Baixa injeção. Para baixas correntes, a inclinação também é 120 mv/década, o fator de idealidade tende a 2.

18 logi D η 2 η 1 η 2 V D logi D η 1 η 2 0,2 0,6 η 2 V D

19 Corrente reversa. Em um diodo onde não haja geração de pares elétronlacunas, a corrente reversa é dada por I Do. Num diodo real, a geração de pares elétrons-lacunas faz com que a corrente reversa seja maior que I Do. Há outro fator de corrente reversa em muitos casos ainda mais importante. Esta corrente é devida à geração de pares elétrons lacunas, mas neste caso apenas na "superfície" do cristal. Nesta superfície o tempo de vida dos portadores é muito menor, o que causa um sensível aumento do I Do. Ruptura de um diodo inversamente polarizado ε (N + N Si A D V Br ξ Br 2qN A N D ) 2 ξ Br 300 kv/cm tipicamente

20 I D Polarização reversa V I br o I + I o ger Corrente reversa gerada na interface V D Polarização direta

21 1.2 Modelo elétrico de um diodo + I D V D C Dif C j I D q C Dif I D τ kt - p Se V D >>kt/q C j 1 V m m2 junção abrupta D C j0 1 V Bi m3 junção linear

22 I D + - V D R D Fechada se V D > V Do V Do V D + - V D Fechada se V D > V Do Fechada se V D > 0 I D I D V Do V D V D

23 1.3 Estruturas de teste Corte AA óxido A A' P ( ou N ) silício tipo N ( ou P ) b) a) polisilício P ( ou N ) silício tipo N ( ou P ) óxido c)

24 C P C H tipo P ( ou N ) C V silício tipo N ou P C j1 S C S + P 1 C P C j2 S C S + P 2 C P C P J2 2 C P 1 J1 C S C H P C 2 J1 P 2 P 1 C P 1 J2 1 S

25 Exercício 5. Duas estruturas são medidas: a primeira estrutura é um diodo quadrado de 300x300 µm, a segunda com oito dedos nos dois lados de 160 µm de comprimento e 30 µm de largura, a parte central entre os dedos tem 30 µm de largura (ou do ponto de um dedo até oposto do dedo oposto tem 350 µm ). C J1 9,96 pf, C J2 13,86 pf. Determinar C S e C P. Similar com a corrente de fuga I F1 S I FS + P 1 I FP I F2 S I FS + P 2 I FP I FS I I I P I 2 F1 1 F2 F2 F1 FS P 2 P P P S P I 1 Exercício 6.