Teoria de bandas e semicondutores

MNPEF-UFERSA: 2016.1

Teoria de Bandas e Semicondutores

Carlos Alberto dos Santos

Professor Visitante

Departamento de Ciências Exatas e Naturais

Univ. Federal Federal Rural do Semi-Árido

Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Física

Disciplina: Física Contemporânea

carlos.alberto@ufersa.edu.br

cas.ufrgs@gmail.com

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Bandas de energia em cristais

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Níveis

desdobram-

se quando

átomos

aproximam-se

uns dos

outros.

Começando

pelos níveis

mais

externos

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Bandas de energia em cristais

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Bandas de valência e de condução

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Isolante, condutor, semicondutor

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Isolante, condutor, semicondutor

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Semicondutores intrínsecos e extrínsecos

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Distribuição Fermi-Dirac

Em T=0 K, elétrons no estado fundamental, de menor energia,

todos “quase parados”.

Em T>0, elétrons se agitam e começam a querer ocupar

outros níveis. No equilíbrio térmico a distribuição eletrônica

muda conforme a estatística de Fermi e Dirac.

A probabilidade de encontrar estados com energia entre E e

E+dE é dada pela distribuicão de Fermi-Dirac

EF, energia de Fermi, define o

nível de Fermi, acima do qual

todos os estados estão

desocupados em T=0.

kB=1,38x10-23 J/K, constante

de Boltzmann

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Distribuição Fermi-Dirac

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Dopagem de semicondutores

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Dopagem de semicondutores

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Dopagem de semicondutores

Semicondutores dopados muito utilizados na indústria

porque:

condutividade elétrica varia pouco com a temperatura

Condutividade elétrica é controlada pela concentração de

impurezas

Semicondutores intrínsecos pouco utilizados na indústria

porque:

baixa condutividade elétrica

Condutividade elétrica depende muito da temperatura

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Como dopar semicondutores

Difusão térmica

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Como dopar semicondutores

Implantação

iônica

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Implantador de íonsdo IF-UFRGS, ca 2000

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Implantador de íonsdo IF-UFRGS, ca 1984

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Condutividade

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Condutividade

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Sendo o semicondutor tipo-n, o campo magnético desvia os

elétrons para o lado direito da fita. A acumulação de cargas no

lado direito induz cargas positivas no lado esquerdo, até que se

estabelece o equilíbrio e surgem o campo Hall e a voltagem

Hall.

Se o semicondutor é tipo-p, basta inverter os sinais. Os valores

numéricos são idênticos. Portanto, o efeito Hall determina o tipo

de portador.

Efeito Hall

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Efeito Hall

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Efeito Hall

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Tensão Hall

Coeficiente Hall