Semicondutores. Classificação de Materiais. Definida em relação à condutividade elétrica. Materiais condutores. Materiais isolantes

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1 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

2 Semicondutores Resistividade (r) l RA r cm Oposição ao fluxo de carga elétrica. Condutor (Cobre): r 10-6.cm Isolante (Mica): r cm

3 Semicondutores Materiais semicondutores Resistividade típica: Silício (Si): r cm Germânio (Ge): r 50.cm Nível de condutividade intermediária entre isolantes e condutores.

4 Semicondutores Dos estudos de química... Última camada: Camada de valência Átomos com 4 elétrons nesta camada são chamados átomos tetravalentes (carbono, silício e germânio).

5 Semicondutores Estrutura atômica Cristalina chamados tetravalentes Elétrons livres sensíveis à ddp aplicada Existe aproximadamente: 1, elétrons livres em 1 cm 3 (Si Intrínseco) 2, elétrons livres em 1 cm 3 (Ge Intrínseco)

6 Semicondutores 6 Temperatura, Luz e Impurezas As propriedades elétricas dos semicondutores são afetadas por variação de temperatura, exposição a luz e acréscimos de impurezas.

7 Semicondutores

8 Semicondutores Portadores de Carga Maus condutores no estado intrínseco Temperatura >> Elétrons livres >> Resistência << Coeficiente de temperatura negativo!

9 Níveis de Energia 9 Energia necessária para conduzir: Banda de condução Banda proibida Elétrons livres Banda de condução Banda de Valência Lacunas Banda de Valência isolante semicondutor condutor

10 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

11 Material Tipo N Introduz um elétron livre Elétron livre Silício Antimônio (Sb) elétron Dopante pentavalente Material continua neutro: nº protons núcleo = nº elétrons órbita

12 Material Tipo P Introduz uma lacuna Buraco livre Silício Boro (B) elétron Dopante trivalente Material continua neutro: nº protons núcleo = nº elétrons órbita

13 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

14 Diodo Estruturalmente temos: Material P íons receptores + lacunas livres Material N íons doadores + elétrons livres Material p Material n

15 Diodo A Junção do material do tipo P com o material do tipo N produz o Diodo. Material p Material n

16 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

17 Diodo Forma-se então uma zona de depleção onde há apenas íons negativos e positivos fixados pela estrutura cristalina. Material p Material n

18 Diodo Forma-se um campo elétrico que impede esse movimento E Tipo N Tipo P O tamanho da zona de depleção depende: Do material intrínseco (Si, Ge) Da quantidade de impurezas

19 Diodo Aplicando uma tensão (polarização reversa) Elétrons são atraídos para potencial positivo Lacunas são atraídas para potencial negativo Material p Material n

20 Diodo Aumento da zona de depleção, impedindo elétrons livre alcançarem lacunas livres através dessa zona. Presença de corrente reversa (saturação) I s Devido a impurezas minoritárias dos materiais. Material p Material n I s

21 Diodo Aplicando uma tensão (polarização direta) Elétrons são afastados pelo potencial negativo Lacunas são afastados pelo potencial positivo Material p Material n

22 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 I majoritários ) Material p Material n I majoritários I s

23 Diodo Note que existe uma tensão mínima aplicada pela bateria/fonte que consegue zerar a zona de depleção (potencial de junção). Silício V junção = 0,7 V Germânio V junção = 0,3 V Quando polarizado diretamente o diodo conduzirá corrente quando a tensão direta aplicada for maior que o potencial de junção. V direta > V junção.

24 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.