Band formation

Semiconductors Semiconductors are insulators at 0 K and as the temperature rises their conductivity increases. s = ne2t/m* Eg Eg Metal Insulator Semiconductor

IV, III-V, II-VI Semiconductors GaAs, AlAs, InAs, InP, GaP, AlP, InN, GaN, AlN, InSb, GaSb, AlSb and ternaries and quaternaries. AxB1-xCyD1-y

Usados para eletrônica... Rede cristalina do diamante, do silício e do germânio Rede cúbica de face centrada Rede do diamante C, Si ou Ge Duas redes transladadas de ¼ da diagonal central Cada átomo está ligado a 4 outros

Tabela periódica dos elementos III IV V

... e na opto-eletrônica Rede cristalina do GaAs, InP, AlGaAs, InAlAs... Rede Zincblend Ga, In, Al As, P

Qual a energia necessária para liberar estes elétrons? Si Si Si Si Si Elétrons ligados (BV) Si Si Qual a energia necessária para liberar estes elétrons?

Si Si Si Elétrons livre (BC) Si Si Falta de 1 elétron “buraco” Si Si

E= hc/l E= 1240 /l (eV/nm) E= 1,24 /l (eV/mm)

AlAs GaP InP InAs GaxAl1-xAs InxGa1-xP InxGa1-xAs InxAl1-xAs GaAs

Semicondutores Temperatura e luz BC BC Eg Eg Energia do elétron BV BV Posição Posição Eg pequeno Facilidade para elétrons saírem da BV para a BC Temperatura e luz Probabilidade: exp(-Eg/kT)

Mecanismos de condução diferentes r (W.m) dr/dT Silício 3 x 103 -70 x 10-3 Cobre 2 x 10-8 4 x 10-3 Aumento no número de portadores de carga r - T + r T O aumento das vibrações cristalinas dificulta a passagem do elétron r = m/ne2t

Nível de Fermi f(E) = 1/(1 + exp((E-EF)/kT)) BC T = 0K T ≠ 0K EF 1 BV Material intrínseco EF Energia

Dopagem p e n Dopagem n se introduz um elemento com 1 elétron a mais que o átomo a ser substituído. Exemplos: P no lugar de Si, Si no lugar de Ga, S no lugar de As. As impurezas passam a se denominadas doadoras. Haverá um excesso de elétrons para condução. Dopagem p se introduz um elemento com 1 elétron a menos que o átomo a ser substituído. Exemplos: B no lugar de Si, Si no lugar de As, Zn no lugar de Ga. As impurezas passam a se denominadas aceitadoras. Haverá um excesso de buracos para condução.

Dopagem p e n Em relação ao Si: III IV V Si – Ne + 3s2 3p2 B: He + 3s2 3p1 menos um elétron (grupo III) – tipo p As: Ar + 3s2 3p3 mais um elétron (grupo V) – tipo n

Impureza doadora Si Si Si Si Si Si Si Si Si As Si Si Si Si Si “Sobra” 1 elétron Si Si Si Si As Si Si Si Si Si Qual a energia necessária para liberar este elétron?

Material tipo n + Do + Ed = D+ + e- BC BC Ed Ed Energia do elétron BV BV Posição Posição Do + Ed = D+ + e-

Impureza aceitadora Si Si Si Si Si Si Si Si Si B Si Si Si Si Si “Falta” 1 elétron Si Si Si Si B Si Si Si Si Si Qual a energia necessária para liberar este elétron?

Material tipo p - Ao + Ea = A- + h+ BC BC Energia do elétron BV BV Posição Posição Ao + Ea = A- + h+