JFET: Estrutura: transistor de efeito de campo de juncao de zona n (o JFET de canal p eh analogo ao de canal n). Modelo simetrico em relacao a regiao do.

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1 JFET: Estrutura: transistor de efeito de campo de juncao de zona n (o JFET de canal p eh analogo ao de canal n). Modelo simetrico em relacao a regiao do canal. Princípio Fisico de Funcionamento: Uma tensão variavel aplicada a porta controla a secao reta efetiva de um canal semicondutor por onde fluem portadores majoritarios. Em outras palavras, a diferença de potencial Vd entre Dreno e Fonte produz uma corrente Id predominantemente formada por eletrons a deriva da fonte para o dreno (oposta do sentido convencional). o valor da corrente eh definida por Vd e pela resistencia do cana (dependente da concentracao de impurezas do comprimento e da area efetiva da secao reta do canal). A area da secao do canal pode ser controlada pelo tamanho das regioes de deplecao das juncoes p-n; que por sua vez dependem da tensao reversa na juncao. Desta forma, a variacao da corrente Id no Dreno eh controlada pela tensão Vp entre a porta e a fonte. Aplicacao: utilizado para amplificacao ou chaveamento em aplicacoes que requerem alta impedancia de entrada. |TBJ: | Se a largura de base for muito grande: A junção do coletor estaria isolada |D |do emissor e o sistema corresponderia a dois diodos em serie com polarida |--| |-des opostas. Neste caso a corrente do coletor seria muito pequena e inde- P -seta| |pendente da corrente do emissor. |--| |Se a largura de base for muito pequena(Efeito Early): O efeito faz com que a |F |corrente de coletor dependa não apenas de Vbe mas também de Vce. |

2 MOSFET: Estrutura: Formado por duas regioes do tipo n+ difundidas (ou implantadas) num substrato tipo p, sendo uma para a fonte F e outra para o dreno D. A fonte e o dreno sao ligados ao circuitos atraves de contatos de aluminio. O canal de conducao entre a fonte e o dreno eh induzido no substrato por uma tensao aplicada a porta, cujo contato eh isolado do semicondutor por uma camada de oxido, atraves do fenomeno de inversao. Principio de Funcionamento: Se uma tensao for aplicada entre dreno e fonte, em qualquer sentido, uma das duas juncoes p-n estara polarizada diretamente, equanto a outra ficara polarizada reversamente. Neste caso, se nao houver tensao na porta nao havera canal, e portanto, a corrente entre fonte e dreno sera dresprezivel devido a presenca da juncao reversa. Quando uma tensao positiva eh aplicada a porta, uma camada de cargas negativas eh induzida no semicondutor, em frente ao contato metalico da porta. Esta camada de cargas porporciona um canal de conducao entre fonte e dreno, resultando numa corrente que varia com a amplitude da tensao da porta. Aplicacao: Variedade de circuitos digitais e amplamente usados em computadores. Devido ao numero reduzido de etapas durante a fabricacao, eh possivel fabricar MOSFETs com dimensoes inferiores a 1micrometro, dai a grande utilizacao em VLSI. OBS: a principal caracteristica do MOSFET eh o isolamento eletrico da porta. Sua impedancia de entrada eh da ordem de 10^14ohm, independente do sentido de tensao na porta. |D |--| | | P ---| |--seta--- Subs |F

3 LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation caracteristicas gerais: pequeno; de baixo custo de producao em massa; baixo consumo de potencia eletrica; lambda visivel a I.V. proximo; Pout = 1mW a 1W; bombeamento por insercao de portadores em juncao p-n polarizada diretamente (meio ativo); cavidade optica formada pelas facez clivadas do semicondutor Princípio de Funcionamento: A radiacao de um laser resulta das emissoes de atomos ou moleculas induzidas, ou estimuladas, por um campo eletromagnetico macroscopico. Neste processo as fases dos campos dos fotons emtidos sao corelacionadas, e em consequencia a radiacao eh coerente. Alem de coerente, a radiacao do laser e altamente monocromatica, isto e, tem frequencias numa estreita faixa de espectro. A intensidade depende do tipo do laser e da magnitude da excitacao, podendo variar num ampla faixa de valores. Estrutura: Os principais componentes do laser sao: o ressoador ou cavidade optica, o meio ativo e o mecanismo de bombeamento. A cavidade eh formada por dois espelhos parciais, um em frente ao outro, que refletem a maior parte da radiacao emitida de volta para a regiao do meio ativo existente entre os espelhos. A estrutura entra em ressonancia em certos comprimentos de onda, resultando num campo eletromagnetico macroscopico que produz a emissao estimulada nos atomos ou moleculas do meio. Esta emissao amplifica o campo na cavidade e mantem a radiacao do laser. As principais caracteristicas do laser são determinadas pela natureza do meio ativo. Os lasers mais comuns sao de gas, de liquidos organicos, de solidos com niveis de impurezas luminescentes e de diodos semicondutores. Laser a gas: A emissao estimulada ocorre entre estados quanticos de atomos ou moleculas, que sao em geral excitados por meio de colisoes numa descarga eletrica. A alta tensao aplicada aos eletrodos do tubo mantem uma descarga eletrica no gas, que pode estar confinado ou circulando. Quando a cavidade optica eh formada por espelhos externos, as extremidades do tubo sao feitas com placas transparentes, inclinadas com angulo de Brewster, para minimizar perdas por reflexao. Laser de semicondutor (ou de diodo): Enquanto os outros lasers mencionados na secao anterior sao grandes, dispendiosos e necessitam de potencias significativas para funcionar, o de diodo tem dimensoes sub-milimetricas, baixo custo e requer baixa potencia de alimentacao. Atualmente sao feitos de com heterojuncoes multiplas de lias de semicondutores de gap direto, operam a temperatura ambiente e com baixas correntes, e produzem potencias de luz que variam de alguns mW a dezenas de Watts.

4 Laser de diodo de juncao p-n: Para atingir a condicao de laser, a juncao p-n deve ter grandes dopagens nos dois lados, ou seja, deve ser formada por semicondutores degenerados. Nesta juncao, o nivel de Fermi Efn do lado n esta acima do minimo da banda de conducao Ecn, enquanto no lado p o nivel Efp esta abaixo do maximo da banda de valencia Evp. Com tensao suficientemente alta para produzir inversao de populacao na regiao de transicao, a banda de conducao eh preenchida com eletrons provenientes do lado n, enquanto a banda de valencia recebe buracos do lado. Isto produz inversao de populacao nesta regiao, o que resulta em altas taxas de recombinacao acompanhada de emissao espontanea de luz. Os fotons criados neste processo e que ficam confinados na regiao da juncao, fazem a taxa de recombinacao aumentar ainda mais atraves da emissao estimulada. A acao do laser ocorre quando a corrente no diodo ultrapassa um certo valor critico para o qual o ganho optico iguala as perdas no sistema. Para aumentar o ganho, diminuir as perdas e fazer a radiacao sair apenas numa direcao, eh preciso construir uma cavidade optica na juncao. As duas superficies planas e paralelas que formam os espelhos da cavidade sao feitas atraves da clivagem do chip da juncao nos planos cristalinos. para aumentar o ganho e fazer a radiacao sair apenas num sentido, cobre-se um dos lados com filme metalico. Alem disso, para evitar que a radiacao tambem saia lateralmente, usa-se um abrasivo para tornar asperas as duas superficies laterais. Isso elimina o efeito da cavidade ressonante na direcao lateral, fazendo com que o feixe de radiacao saia apenas pela superficie frontal. Laser de heterojuncoes: Numa heterojuncao existe uma barreira de potencial devido a diferenca entre os gaps de energia dos dois lados. Isto permite construir estruturas de heterojuncoes com barreiras de potencial que produzem confinamento de eletrons e buracos numa camada fina. Ao mesmo tempo, como os indices de refracao nos dois lados da heterojuncao são diferentes, devido tambem a diferenca dos gaps de energia dos semicondutores, ha um confinamento dos fotons emitidos. O aumento da concentracao de pares eletrons-buracos e de fotons na mesma regiao espacial, resulta num maior taxa de recombinacao e portanto num menor corrente critica. Aplicacoes dos Lasers de Diodos: Vao desde equipamentos muito simples, como o apontador laser, a sofisticados equipamentos de comunicacoes opticas de alta velocidade que conectam todo o globo terrestre (fibra optica). Muitos equipamentos tiveram seu desempenho melhorado e o custo reduzido com a substituicao da fonte de luz por lasers de diodo, como a leitora optica de codigo de barras nos supermercados, os aparelhos de fax, e inumeros equipamentos de diagnostico medico. Outros equipamentos novos so se tornaram possiveis com o desenvolvimento do laser de diodo, como os tocadores de CD e DVD. Cada aplicacao requer um laser com radiacao com comprimento de onda e outras caracterisiticas especificas, e portando utilizando materiais e estruturas especificas. Em geral, lasers sao feitos com heteroestrutura dupla, mas certas aplicacoes requerem estruturas de multiplos pocos quanticos.