Germano Maioli Penello

Apresentação em tema: "Germano Maioli Penello"— Transcrição da apresentação:

1 Germano Maioli Penello
Microeletrônica Germano Maioli Penello Sala 5145 (sala 17 do laboratorio de engenharia elétrica)

2 Diodo As características DC de um diodo são dadas pela equação de Shockley do diodo

3 Diodo As características DC de um diodo são dadas pela equação de Shockley do diodo ID – corrente no diodo IS – Corrente de saturação Vd – Tensão no diodo VT – Tensão térmica 300K) n – coeficiente de emissão (relaciando com o perfil de dopagem)

4 Metal – semicondutor - isolante
Estrutura da bandas

5 Semicondutor Pontos importantes:
Aumentar o número de buracos ou elétrons aumenta a condutividade do material Mobilidade (facilidade de se mover no cristal) do elétron é maior do que a do buraco PONTO IMPORTANTE! As mobilidades do buraco e do elétron são diferentes, isto afeta o tamanho dos MOSFETs. NMOS são menores que PMOS para que eles tenham a mesma capacidade de corrente, Ids.

6 Tempo de vida do portador
Quando a temperatura aumenta, o semicondutor absorve calor. Elétrons na banda de valência ganham energia para serem ecitados pra banda de condução. Note a importância de Eg no semicondutor! Esta excitação de elétrons da banda de valência para a banda de condução é chamada de geração. Quando o elétron volta da banda de condução para a banda de valência, isto é chamado de recombinação. O tempo que o elétron passa na banda de condução antes de recombinar (voltar para a banda de valência) é aleatório. Ele é caracterizado pelo tempo de vida do portador tT. (valor rms do tempo que o elétron passa na banda de condução)

7 Concentração de portadores
O tempo de vida do portador é um parâmetro muito importante no projeto de circuitos integrados. Outro parâmetro importante é o número de elétrons na banda de condução ou de buracos na banda de valêncai (chamada de concentração de portadores). À temperatura ambiente (~300K), o número de portadores intrínsecos no Si é de ni = 14.5 x 109 cm-3 (ni - portadores intrínsecos) Unidade em número de portadores por volume. Nesta situação, qual o número de elétrons livres (elétrons excitados na banda de condução)? Qual o número de buracos?

8 Concentração de portadores
À temperatura ambiente (~300K) em um Si intrínseco, n – elétrons livres p – buracos Pode parecer um número grande, mas é baixo se comparado ao número de átoms de Si no cristal (NSi = 50 x 1021 cm-3) Só existe um par elétron/buraco a cada ~1012 átomos de Si

9 Dopagem A dopagem é feita para alterar as propriedades elétricas do semicondutor. Dopante tipo p? – B (coluna III da tabela periódica) Dopante tipo n? – P (coluna V da tabela periódica) Se doparmos o semicondutor com um número muito maior do que o número de portadores intrínsecos, podemos fazer a seguinte aproximação. No caso de dopagem com excesso de elétrons, o número de elétrons livres, n, no material é Semicondutor dopado do tipo-n Por que NSi >> ND?

10 Dopagem A dopagem aumenta a condutividade porque agora há mais portadores disponíveis para realziar a condução. No semicondutor tipo-n esse excesso é de elétrons. No semicondutor tipo-p esse excessor é de buracos. É de se imaginar que, se o número de elétrons aumenta com a dopagem, o número de buracos no mesmo material diminua. Por que? Essa relação entre elétrons, buracos e número de portadores intrínsecos é governada pela Lei de ação das massa

11 Exemplo Pouquíssimos buracos! Note que com ND = 1018, a aproximação de que começa a não ser muito boa. Quando ND ~ NSi, o material é chamado de degenerado. Materiais degenerados não seguem mais a lei de ação das massas.

12 Energia de Fermi A diferença de energia entre Ei e Ef é dada por
Percebemos com estas equações que a dopagem controla o nível de Fermi!

13 Energia de Fermi (Junção pn)
Ao criar uma junção pn, como fica a estrutura de banda da junção? Junção pn (Reveja eq. do slide 43)

14 Junção pn (diodo) Para que exista o fluxo de corrente em um diodo, devemos aplicar uma tensão que se aproxima de Vbi. Aplicativo: Analise qual é o lado pe qual é o lado n da junção.

15 Junção pn - Energia de Fermi
Applets Vários aplicativos em:

16 Camada de depleção Elétrons livres do lado n e buracos livres do lado p se recombinam na junção. Essa região livre de elétrons livres e buracos livres é chamada de região de depleção. 16

17 Camada de depleção A região de depleção tem cargas fixas positivas no lado n e positivas no lado p. A movimentação de elétrons e buracso só para quando o campo elétrico gerado pelas cargas fixas contrabalanceia o fluxo de portadores. 17

18 Capacitância parasítica
Uma região de cargas fixas positivas e cargas fixas negativas pode ser analisada como placas de um capacitor! Essa capacitância parasítica é chamada de capacitância de depleção ou de junção. 18

19 Capacitância parasítica
A capacitância de depleção pode ser modelado pela equação Cj0 – capacitância sem tensão aplicada na junção VD – Tensão no diodo m – coeficiende de gradação (grading coefficient) Vbi – potencial intrínseco 19

20 Exemplo 20

21 Exemplo 21

22 Exemplo Calcular o potencial intrínseco Vbi
Calcular a capacitância do fundo (como?) Calcular a capacitância da lateral Calcular a capacitância total 22

23 Exemplo Calcular o potencial intrínseco Vbi
Calcular a capacitância do fundo Calcular a capacitância da lateral Calcular a capacitância total 23

24 Exemplo 24

25 Exemplo 25

26 Exemplo 26

27 Exemplo Capacitâncias em série ou em paralelo? 27

28 Exemplo 28

29 Exemplo 29

30 Exemplo Aqui apresentamos o resultado da capacitância apenas na polarização reversa (VD negativo). Quando o diodo é polarizado diretamente, os portadores minoritários formam uma capacitância de difusão muito maior que a de depleção! Veremos isso na próxima aula… 30

31 Electric VLSI Design System

32 Electric VLSI Design System
Software open-source para design de circuitos, leiautes e mais… Computer aided design – uso de computador para auxiliar a criação, modificação análise e optimização de um projeto

33 Electric VLSI Design System
Software open-source para design de circuitos, leiautes e mais… Computer aided design – uso de computador para auxiliar a criação, modificação análise e optimização de um projeto Pode ser usado em conjunto com o LTSpice