Física dos Materiais FMT0502 ( )

Transcrição

1 Física dos Materiais FMT0502 ( ) 1º Semestre de 2010 Instituto de Física Universidade de São Paulo Professor: Antonio Dominguesdos Santos Fone: de junho

2 Propriedades Elétricas Lei de Ohm V = RI Condutividade σ 1 = J =σ E ρ Metais = ~10 7 (Ωm) -1 Isolantes = ~10-20 (Ωm) -1 Resistividade RA VA ρ = = l Il Semicondutores = 10-6 ~10 4 (Ωm) -1

3 Propriedades Elétricas Estrutura de bandas em sólidos Metais Isolantes Semicondutores Banda de condução Nível de Fermi Banda de valência

4 Propriedades Elétricas Metais Isolantes e Semicondutores

5 Propriedades Elétricas Mobilidade eletrônica (µ) Condutividade va = µ ee σ = ne µ e Para metais: ρ = ρ t + ρ i + ρ d Termos correspondentes à efeitos térmicos, de impurezas e de deformações

6 Propriedades Elétricas Efeitos de impurezas, temperatura e deformação ρ = ρ + t 0 at (1 ) i i i Ac c ρ =

7 Semicondutores Condutividade intrínsica σ = ne µ e + pe µ b Por elétrons e buracos

8 Semicondutores extrínsicos Tipo n Condutividade σ = ne µ e + pe µ b Por elétrons e buracos

9 Semicondutores extrínsicos Tipo p Condutividade σ = ne µ e + pe µ b Por elétrons e buracos

10 Semicondutores extrínsicos Condutividade σ = ne µ e + pe µ b Por elétrons e buracos

11 Dispositivos Semicondutores Processo de produção Junção p-n Diodos

12 Dispositivos Semicondutores Junção p-n Diodos Região de depleção Q p = Q n

13 Dispositivos Semicondutores Junção p-n Diodos Correntes na região de depleção

14 Dispositivos Semicondutores Junção p-n Região de depleção Diodos Corrente elétrica em um diodo

15 Dispositivos Semicondutores Transístor p-n-p Transístor bipolar Corrente elétrica em um transístor Esquema elétrico Correntes na região de depleção

16 Dispositivos Semicondutores Transístor MOS-FET Diagrama de energia do capacitor MOS

17 Dispositivos Semicondutores Transístor MOS-FET Distribuição de carga no capacitor MOS

18 Condução elétrica Cerâmicas iônicas Polímeros, σ total = σ e + σ ion Em geral são maus condutores elétricos Mobilidade iônica µ = ion ned KT i i Onde: D é o coeficiente de difusão e n é a valência Porém, mesmo em altas temperaturas, as cerâmicas iônicas permanecem isolantes Polímeros condutores São polímeros especiais que apresentam condutividade próxima a dos metais (~10 7 (Ω.m) -1 ). Exemplos: poliacetileno, polipirol, poliparfenileno e polianilina, com dopagem de impurezas apropriadas. Podem ser dos tipos p ou n. Vantagens: baixa densidade, flexibilidade e facilidade de produção.

19 Dielétricos São isolantes que exibem estruturas com dipolos elétricos (atômicos ou moleculares). São usados em capacitores.

20 Piezoeletricidade Materiais que apresentam estruturas cristalinas complicadas e com baixo grau de simetria podem apresentar o efeito da piezoeletricidade. Estes materiais quando submetidos a um campo elétrico mudam as suas dimensões ou então quando deformados apresentam um campo elétrico significativo. Exemplos: titanato de bário e de chumbo, zirconato de chumbo e quartzo. São usados em sensores, atuadores e geradores de ultrassom.