Fundamentos de Electrónica

Apresentação em tema: "Fundamentos de Electrónica"— Transcrição da apresentação:

1 Fundamentos de Electrónica
Semicondutores

2 Metais Os metais possuem uma estrutura química tal que os electrões de valência não estão associados a um determinado átomo. Pelo contrário estes circulam por todo o metal. Os electrões de valência dos metais são designados de electrões livres e são os responsáveis pela corrente eléctrica. Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

3 Semicondutores Semicondutores
Os materiais semicondutores tais como o Germânio e o Silício são cristais com quatro electrões de valência por átomo. Estes associam-se a átomos vizinhos através de ligações covalentes em que existe uma partilha de electrões entre os átomos. Daqui resulta uma orbital de oito electrões, o que corresponde a um sistema bastante estável. Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

4 Estrutura de um cristal semicondutor
Átomo de Silício com quatro electrões de valência Núcleo dos átomos de Silício Electrões de valência +4 +4 +4 Ligações covalentes +4 +4 +4 Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

5 Portadores de corrente
Os electrões de valência partilhados nas ligações covalentes  forte ligação ao núcleo Á temperatura ambiente libertam-se electrões das ligações e originam electrões livres. Para cada electrão livre deve existir uma falha na ligação covalente: lacuna ou buraco Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

6 Formação de pares electrão lacuna
Temperatura ambiente Electrão livre +4 +4 +4 Lacuna ou buraco +4 +4 +4 Ligações covalentes Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

7 Portadores de corrente
Electrões livres Cargas negativas responsáveis pela geração de corrente Lacunas Falhas nas ligações covalente que são equivalentes a cargas positivas. O deslocamento de electrões de forma a ocupar a lacuna é equivalente à deslocação da lacuna no sentido inverso. São igualmente responsáveis pela geração de corrente Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

8 Resistência Resistência á temperatura ambiente:
< metais >> isolantes Um cubo de Sílicio com um centímetro de lado apresenta uma resistividade de 230k. Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

9 Deslocamento de lacunas
Campo eléctrico Deslocamento de lacunas A existência de uma ligação covalente incompleta torna fácil o deslocamento de um electrão de uma ligação para outra. Tal provoca o movimento das lacunas no sentido contrário, ou seja como, Cargas positivas +4 Deslocamento de electrões +4 Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

10 Ionização e recombinação
Á temperatura ambiente são produzidas pares electrões lacunas, devido as colisões entre átomos: ionização Quando um electrão livre se encontra com uma lacuna, este preenche a lacuna, eliminando-se mutuamente: recombinação Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

11 Densidade de portadores
Dos fenómenos de ionização e recombinação resulta que a uma dada temperatura a concentração de electrões livres e de lacunas é dada por.. Num cristal de silício (intrínseco) puro temos Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

12 Mecanismos de formação de corrente
Metais Deriva Semicondutores Movimentação dos electrões livres e das lacunas sobe acção de um campo eléctrico Difusão Movimentação dos electrões livres e das lacunas devido a variação de concentração destes. Produz uma deslocação das cargas da zona de maior concentração para a zona de menor concentração. Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

13 Corrente de difusão Notar que (relação de Einstein): p Concentração
de lacunas + + + + + x Corrente de difusão Densidade de corrente de difusão de lacunas: Carga do electrão Densidade de corrente de difusão de electrões livres: Constante de difusão Densidade de corrente Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

14 Corrente de deriva Deslocamento de portadores sobe acção de um campo eléctrico Lacunas electrões Campo eléctrico Velocidade de deslocamento das partículas Mobilidade (dos electrões) Densidade de corrente de deriva Daqui resulta: Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

15 Semicondutores Dopados
Introdução de impurezas nos semicondutores altera as suas características eléctricas de forma a que um dos portadores se torna maioritário. Tipo n - introdução de impurezas dadoras que fornecem electrões, nomeadamente com cinco electrões de valência. Tipo p – introdução de impurezas receptoras com défice de electrões, nomeadamente com três electrões de valência. Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

16 Semicondutores Dopados
Semicondutor tipo-n Impurezas com 5 electrões de valência +4 +5 +4 Impureza dadora Electrão livre +4 +4 +4 Semicondutor tipo-p Impurezas com 3 electrões de valência +4 +3 +4 Impureza aceitadora lacuna +4 +4 +4 Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003

17 Densidade de portadores em semicondutores dopados
Tipo – n O número de electrões livres é aproximadamente igual ao número de átomos de impurezas introduzidas. Tipo - p O número de lacunas é aproximadamente igual ao número de átomos de impurezas introduzidas. Sabe-se que, donde donde Semicondutores, Paulo Lopes, ISCTE 2003