Eletrônica Geral. Diodos Junção PN. Prof. Daniel dos Santos Matos

Transcrição

1 Eletrônica Geral Diodos Junção PN Prof. Daniel dos Santos Matos 1

2 Introdução Os semicondutores são materiais utilizados na fabricação de dispositivos eletrônicos, como por exemplo diodos, transistores e circuitos integrados. Eles não são bons nem maus condutores, mas apresentam uma resistência intermediária entre condutor e isolante. Com a diminuição de temperatura à que ele é submetido, é possível atingir características mais próximas de um isolante, já com o aumentada temperatura, ele passa a ser um melhor condutor. Exemplos de materiais: Condutores: prata, cobre, alumínio; Semicondutores: germânio, silício, carbono; Isolantes: vidro, borracha, porcelana 2

3 Introdução O Silício (Si) e o Germânio (Ge) são os semicondutores usados na construção de dispositivos eletrônicos, sendo o Silício o mais utilizados por ser mais facilmente encontrado e não é tão sensível a variação de temperatura como o Germânio. Falando das características destes materiais, eles possuem 4 elétrons na sua camada de valência, que é sua última camada, e a que se relaciona com o exterior para formar ligações. 3

4 Semicondutor Intrínseco (puro) Tanto o Si quanto o Ge possuem 4 elétrons na sua última camada. Porém se estabilizam quando possuem 8 elétrons. Como tudo na natureza tende ao equilíbrio, quando vários átomos de Si, ou de Ge, são colocados juntos, formam uma estrutura cristalina e compartilham elétrons da última camada formando um cristal semicondutor, mostrado na figura abaixo, através de ligações covalentes. Este cristal estável é chamado de semicondutor intrínseco, e está em sua forma pura, ou seja, sem outros materiais ou impurezas. Porém, quando em sua forma pura e na temperatura ambiente, os seus elétrons estão tão fortemente ligados que o cristal passa a ter características de um material isolante. 4

5 Semicondutor Intrínseco (puro) Para que ele possa conduzir corrente elétrica e então ser utilizado na eletrônica, é necessário adicionar outras substâncias ou impurezas ao cristal semicondutor, formando um semicondutor extrínseco. Outra forma de aumentar a condutividade do semicondutor é o aumento da temperatura. 5

6 Semicondutor Extrínseco Os semicondutores extrínsecos são também chamados de dopados ou impuros. O processo de adicionar impurezas ao cristal semicondutor para que ele tenha características mais próximas a um condutor é chamado de dopagem. As impurezas adicionadas serão correspondentes a materiais trivalentes (com três átomos na sua camada de valência), ou pentavalentes (com 5 átomos na sua camada de valência). 6

7 Semicondutor Extrínseco Se adicionarmos um átomo trivalente, teremos a ligação conforme a figura abaixo (b), em que foi adicionado o Boro (B). Como o B possui apenas 3 elétrons na camada de valência, falta um elétron para completar a ligação com um dos átomos de Si. Este buraco resultante é chamado de lacuna, e corresponde à ausência de um elétron esperado na ligação covalente -> semicondutor está dopado positivamente, e é chamado de semicondutor do tipo P. Se adicionarmos um átomo pentavalente, figura (a) abaixo em que foi adicionado o átomo de fósforo (P), desta vez sobrará um elétron para completar a ligação, chamado de elétron livre. E assim tem-se um semicondutor do tipo N, e o semicondutor está dopado negativamente. 7

8 Junção PN O diodo semicondutor é constituído basicamente por uma Junção PN, ou seja, pela união física de um material do tipo P (portadores majoritários são lacunas) com um tipo N (portadores majoritários são elétrons). O excesso de elétrons do material N tende a migrar para o material P, visando o equilíbrio eletrônico (equilíbrio das densidades de elétrons nos dois materiais), como a estabilidade química, cada átomo do material tipo N que perde um elétron fica com oito elétrons na sua camada de valência, o mesmo acontece com cada átomo do material P que tem a sua lacuna ocupada por este elétron. 8

9 Junção PN Este fenômeno da ocupação de uma lacuna por um elétron é chamado de Recombinação. Como o processo de recombinação ocorre próxima a junção, um fenômeno acontece, a formação de uma Camada de Depleção. Depleção significa diminuição ou ausência, neste caso à ausência de portadores majoritários na região próxima à junção PN. Á medida que os átomos do material P próximos a junção recebem os primeiros elétrons preenchendo as lacunas, no lado N forma-se uma região com íons positivos (falta de elétrons) e no lado P, uma região com íons negativos (excesso de elétrons), dificultando ainda mais a passagem de elétrons do material N para o P. 9

10 Camada de depleção

11 Camada de depleção

12 Junção PN polarizada reversamente

13 Junção PN polarizada reversamente

14 Junção PN polarizada reversamente

15 Junção PN polarizada diretamente

16 Junção PN polarizada diretamente

17 Junção PN polarizada diretamente

18 Junção PN polarizada diretamente

19 Diodo O diodo é o mais simples dos componentes eletrônicos. Ele permite a passagem de corrente em apenas um sentido. O diodo possui apenas dois terminais: positivo chamado de ÂNODO e negativo chamado de CÁTODO. Simbologia: 19