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PublicouBeatriz Prada Sabrosa Alterado mais de 8 anos atrás
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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
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Semicondutores Resistividade (r) Oposição ao fluxo de carga elétrica.
Condutor (Cobre): r 10-6 .cm Isolante (Mica): r .cm
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Semicondutores Materiais semicondutores Resistividade típica:
Silício (Si): r 50 10+3 .cm Germânio (Ge): r 50 .cm Nível de condutividade intermediária entre isolantes e condutores.
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Semicondutores Dos estudos de química... Última camada:
Camada de valência Átomos com 4 elétrons nesta camada são chamados átomos tetravalentes (carbono, silício e germânio).
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Semicondutores Estrutura atômica Cristalina chamados tetravalentes
Elétrons livres – sensíveis à ddp aplicada Existe aproximadamente: 1,5 elétrons livres em 1 cm3 (Si Intrínseco) 2,5 elétrons livres em 1 cm3 (Ge Intrínseco)
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Semicondutores Temperatura, Luz e Impurezas
As propriedades elétricas dos semicondutores são afetadas por variação de temperatura, exposição a luz e acréscimos de impurezas.
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Semicondutores
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Semicondutores Portadores de Carga
Maus condutores no estado intrínseco Temperatura >> Elétrons livres >> Resistência << Coeficiente de temperatura negativo!
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Níveis de Energia Energia necessária para conduzir: Banda de condução
isolante semicondutor condutor Banda proibida Banda de Valência Elétrons livres Lacunas condução
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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
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Material Tipo N Introduz um elétron “livre”
Material continua neutro: nº protons núcleo = nº elétrons órbita
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Material Tipo P Introduz uma “lacuna”
Material continua neutro: nº protons núcleo = nº elétrons órbita
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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
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Diodo Estruturalmente temos:
Material P íons receptores + “lacunas” livres Material N íons doadores + elétrons livres Material p Material n - + - + + - + - + - - + + - - + - + - + + - + - + - + - - + - + - + + - - + - + - + + - + - + -
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Diodo A Junção do material do tipo P com o material do tipo N produz o Diodo. Material p Material n - + - + + - + - + - - + + - - + - + - + + - + - + - + - - + - + - + + - - + - + - + + - + - + -
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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 - + + - + - + - - + + - - + - + - + + + - - + - + - - + - - + - + + + - - + - + + - + - + - - +
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Diodo Forma-se então uma zona de depleção onde há apenas íons negativos e positivos fixados pela estrutura cristalina. Material p Material n - + + - + - - + + - - + - + - + + - + - + - - + - - + - + + + - - + - + + - + - - +
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Diodo Forma-se um campo elétrico que impede esse movimento
O tamanho da zona de depleção depende: Do material intrínseco (Si, Ge) Da quantidade de impurezas Tipo N Tipo P E
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Diodo Aplicando uma tensão (polarização reversa)
Elétrons são atraídos para potencial positivo “Lacunas” são atraídas para potencial negativo Material p Material n - + + - + - - + + - - + - + - + + - + - + - - + - - + - + + + - - + - + + - + - - +
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Diodo Aumento da zona de depleção, impedindo elétrons livre alcançarem “lacunas” livres através dessa zona. Presença de corrente reversa (saturação) – Is Devido a impurezas – minoritárias – dos materiais. Material p Material n - + + - + - - + - + - + - + + - + - + - + - + - - - + + + - - + - + - + - + - + - + Is
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Diodo Aplicando uma tensão (polarização direta)
Elétrons são afastados pelo potencial negativo “Lacunas” são afastados pelo potencial positivo Material p Material n - + + - + - - + + - - + - + - + + - + - + - - + - - + - + + + - - + - + + - + - - +
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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 Imajoritários) Material p Material n - + - + + - + - + - - + + - - + - + - + + - + - + - + - - + - + - + + - - + - + - + + - + - + - Imajoritários Is
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Diodo Note que existe uma tensão mínima aplicada pela bateria/fonte que consegue “zerar” a zona de depleção (potencial de junção). Silício Vjunção = 0,7 V Germânio Vjunção = 0,3 V Quando polarizado diretamente o diodo conduzirá corrente quando a tensão direta aplicada for maior que o potencial de junção. Vdireta > Vjunção.
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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.
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