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Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 188
Aula 11Conceitos básicos de dispositivos semicondutores: silício dopado, mecanismos de condução (difusão e deriva), exercícios. (Cap. 3 p. 117-121)
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PSI 2223 – Introdução à EletrônicaProgramação para a Primeira Prova
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11ª Aula:Conceitos Básicos de Dispositivos SemicondutoresAo final desta aula você deverá estar apto a:
-Explicar, através de conceitos e equações, o que é corrente de deriva e o que é corrente de difusão
-Explicar o que é silício intrínseco e silício dopado (tipo n e tipo p)
-Calcular a concentração de portadores em silício tipo n e tipo p
-Explicar o que ocorre quando se junta um silício tipo n e um p, criando um diodo semicondutor
-Calcular a barreira de potencial interna e a largura da região de depleção em um diodo semicondutor
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Silício Tipo n (elétrons adicionais)
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Silício Tipo p (lacunas adicionais)
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partículas
gradiente
A Corrente de Difusão
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A Corrente de Difusão
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As Correntes de Deriva e de Difusão
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NDNA
O Diodo
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+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
- - - -
- - - -
- - - -- - - -
Anodo Catodo
p
nIDp
-IDn
ID
0 (junção)
0
+
+
+
-
-
ND
NA
O Diodo
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+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
- - -
- - -
- - -- - -
Anodo Catodo
p ndepleção de cargas
+
+
+
-
-
Ei
ID
Is
Is= ID
NDNA
A dinâmica da junção pn em Aberto
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NDNA
O Diodo em Aberto
Ei
20 lni
DAT n
NNVV
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0 (junção)
xnxp
ANqxANqx DnAp D
A
p
n
NN
xx
ou
0dep
112V
NNqxxW
DA
spn
O Diodo em Aberto
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Exercício3.32 Para uma junção pn com NA = 1017/cm3 e ND = 1016/cm3 a T = 300 K, determine a tensão interna, a largura da região de depleção e as distâncias que ela se estende no lado p e no lado n. Utilize ni = 1,5 1010/cm3.
Resp.728 mV; 0,32 m; 0,03 m e 0,29 m
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O Diodo Polarizado Reversamente
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AxqNqq nDNJ
)(112
0dep RDA
s VVNNq
W
QR VVR
jj dV
dqC
depAWNNNN
qqDA
DAJ
)(112
0 RDA
s
DA
DAJ VV
NNqA
NNNN
O Diodo Polarizado Reversamente
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0
0
1VV
CC
R
jj
00
1
2 VNNNNq
ACDA
DAsj
C j Cj 0
1 VR
V0
m com m = 1/3 a 1/2
QR VVR
jj dV
dqC
)(112
0 RDA
s
DA
DAJ VV
NNqA
NNNN
onde
Na prática
O Diodo Polarizado Reversamente
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O Diodo Polarizado Reversamente
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Exercício
3.33 Para uma junção pn com NA = 1017/cm3 e ND = 1016/cm3 operando em T = 300 K, determine:
(a) o valor de Cj0 por unidade de área da junção (m2 é uma unidade conveniente) e (b) (b) a capacitância Cj para uma tensão de polarização reversa de 2 V assumindo uma área
de junção de 2500 m2. Considere ni = 1,51010/cm3, m = ½ e o valor de V0
determinado no Exercício 3.13 (V0 = 0,728 V).
Resp. (a) 0,32 fF/m2; (b) 0,41 pF
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Quando I > IS a junção se rompe:Ruptura por Efeito Zener (< 5V): ocorre quando o campo elétrico na camada de depleção aumenta até quebrar ligações covalentes (pares n-p)Ruptura por Efeito Avalanche (> 7V): ocorre quando os portadoresminoritárioos que cruzam a região de depleção quebram as ligações covalentes, e podem em seguida quebrar outras ligações
O Diodo na Região de Ruptura
