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JUNÇÃO PN
Ana Isabela Araújo CunhaDepartamento de Engenharia Elétrica
Universidade Federal da Bahia
Estrutura da Junção PN
-- ++íon negativo
lacuna elétron
íon positivo
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
----------
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material tipo P
material tipo Njunção
região de transição
Equilíbrio da Junção PN
movimento difusivo
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
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material tipo P
material tipo Njunção
++++
++----
---- ++
++++++
++ ++++
--
Equilíbrio da Junção PN
recombinação
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
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material tipo P
material tipo Njunção
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
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material tipo P
material tipo N
região de transição
Equilíbrio da Junção PN
campo elétrico JDE = JCE
JDL = JCL
J= 0
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
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material tipo P
material tipo N
região de transição
Equilíbrio da Junção PN
campo elétrico JDE = JCE
JDL = JCL
J= 0
de depleção oude cargas
descobertas
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
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xxNN00xxPP
volume de Gauss
E
QSd.E
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
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xxP xN
QP
QN
QN = -QP
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
----------
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xxP xN
QP
QN
QN = -QP
xxP xN
E
QSd.E
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
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xxP xN
QP
QN
QN = -QP
xxP xN
E
dxAA.E
dvA.E
Campo e densidade de carga uniformes ao longo de A:
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
----------
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xxP xN
E
dx.EV
xxP xN
VV0
x
xP xN
qV0
lado N
lado P
Barreira de Potencial
x
xP xN
qV0
lado N
lado P
E2
E1
E1 < qV0
E2 > qV0
x
xP xN
qV0
lado N
lado P
E2E1
E1 < qV0
E2 > qV0
x
xP xN
qV0
lado N
lado P
E2
E1
E1 < qV0
E2 > qV0
x
xP xN
qV0
lado N
lado P
E2
E1
E1 < qV0
E2 > qV0
Lacuna minoritária:
compensa a lacuna com E > q V0
Potencial da Barreira
V0 é responsável pelo equilíbrio das correntes de elétrons e de lacunas
0dxdpqDpEq
0J
LL
L
0dxdnqDnEq
0J
EE
E
N
P
x
x0 EdxV ++
++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
----------
----------
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xP xN
pP0 nP0
pN0 nN0
pP0 , nP0, pN0, nN0: concentrações no equilíbrio
dxdp
p1DE0dx
dpqDpEqLLLL
0N
0P
N
P
p
pt
x
x0 dpp
1EdxV
Maior dopagem
T
0N0Pt0 p
plnV
JL = 0
0P0Nt0 n
nlnV
JE = 0
lei de açãodas massas
Menor largura da região de transiçãoMaior potencial da barreira
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
----------
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xxP xN
VV0
Polarização da Junção PN
NPJunção em equilíbrio
Polarização Reversa
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
----------
----------
----------
----------
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NP
+VR
xxP xN
V
V0
VR
L, E: tempo de vida médio das
lacunas e elétrons
0PEE
E0N
LLL
S nDDpD
DqAI
Corrente de saturação reversa
Tem sentido de N para P (catodo para anodo)É constituída de portadores minoritáriosÉ de baixa magnitudePraticamente não varia com a tensão reversa aplicada (até antes da ruptura)Varia significaativamente com a temperaturaÉ proporcional a área da seção transversal
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
----------
----------
----------
----------
----------
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xxP xN
VV0
NPJunção em equilíbrio
Polarização Direta
xxP xN
V
V0 VD
NP++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
----------
----------
----------
----------
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----------
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+VD
Característica Volt-Ampère
1eII TVS
comportamento assintótico:
V > 4T:
V < -4T:
TVSeII
SII = 1 a 2: fator de correção
(recombinação na região de transição)
polarização direta
-IS V
I
polarização reversa
NP+ V -
I
Variação da característica com a temperatura
-IS1
V
I
-IS2
T1
T2
V
T2 > T1
CmV5,2TV o
Ruptura da Junção na Polarização Reversa
campo elétrico
Na característica volt-ampère:
-IS V
I
-VRUP
ruptura
Efeitos capacitivos na junção PN
Capacitância: taxa de variação de carga com tensão
Junção PN: Q(V) não linear → dQ/dV incremental ou dinâmicaDuas cargas na junção:
Íons fixos de impurezas
Portadores de carga
capacitância de transição
capacitância de difusão
Capacitância de transição:
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
----------
----------
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----------
NP
+VR
d(V)
m0
TT VV
KVdAC
VQ
VQC T
RT
T
VR = -V
TQ Inclinação = CT
Predomina na polarização reversaVaria inversamente com a largura da região de transição
m = 1/2 para junção abrupta
Capacitância de difusão:
Só existe na polarização diretaVaria exponencialmente com VPredomina sobre CT na polarização direta
NP
+VD
x
TQ
nP pN
IKC
eQV
QC
1eQQ
DD
VToD
D
Vod
T
T
t
t
VF
vi
t10VR
IF
i
t1
IR
-IS
t2 t3
Tempo de recuperação reversa:
NP
+ vi -
t2 – t1 = tempo de armazenamento: nP → nP0
pN → pN0
t3 – t2 = tempo de transição:
d → d(VR)
t3 – t1 = tempo de recuperação
reversa
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