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Eletrônica 1
Diodos
Prof. Hermano Cabral
Depto de Eletrônica e Sistemas � UFPE
Conceitos Básicos de Semicondutores
Introdução
O silício intrínseco tem uma estrutura com organizaçãoatômica regular mantida por ligações covalentes.
Algumas destas ligações podem ser rompidas por ionizaçãotérmica, gerando um par de lacuna-elétron que podem fazerparte da corrente elétrica.
A ionização térmica gera iguais quantidades de lacunas eelétrons, também chamados de portadores.
O processo inverso é a recombinação, quando um elétron euma lacuna se combinam para formar uma ligação decovalência, acarretando o desaparecimento de ambos dacorrente elétrica.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Introdução
O silício intrínseco tem uma estrutura com organizaçãoatômica regular mantida por ligações covalentes.
Algumas destas ligações podem ser rompidas por ionizaçãotérmica, gerando um par de lacuna-elétron que podem fazerparte da corrente elétrica.
A ionização térmica gera iguais quantidades de lacunas eelétrons, também chamados de portadores.
O processo inverso é a recombinação, quando um elétron euma lacuna se combinam para formar uma ligação decovalência, acarretando o desaparecimento de ambos dacorrente elétrica.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Introdução
O silício intrínseco tem uma estrutura com organizaçãoatômica regular mantida por ligações covalentes.
Algumas destas ligações podem ser rompidas por ionizaçãotérmica, gerando um par de lacuna-elétron que podem fazerparte da corrente elétrica.
A ionização térmica gera iguais quantidades de lacunas eelétrons, também chamados de portadores.
O processo inverso é a recombinação, quando um elétron euma lacuna se combinam para formar uma ligação decovalência, acarretando o desaparecimento de ambos dacorrente elétrica.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Introdução
O silício intrínseco tem uma estrutura com organizaçãoatômica regular mantida por ligações covalentes.
Algumas destas ligações podem ser rompidas por ionizaçãotérmica, gerando um par de lacuna-elétron que podem fazerparte da corrente elétrica.
A ionização térmica gera iguais quantidades de lacunas eelétrons, também chamados de portadores.
O processo inverso é a recombinação, quando um elétron euma lacuna se combinam para formar uma ligação decovalência, acarretando o desaparecimento de ambos dacorrente elétrica.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Semicondutores dopados
Semicondutores dopados diferem do semicondutor intrínsecopor apresentarem uma predominância de um dos tipos deportadores (elétrons para o tipo n, lacunas para o tipo p).
Estes semicondutores são obtidos pela introdução de umpequeno número de átomos de impureza.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Semicondutores dopados
Semicondutores dopados diferem do semicondutor intrínsecopor apresentarem uma predominância de um dos tipos deportadores (elétrons para o tipo n, lacunas para o tipo p).
Estes semicondutores são obtidos pela introdução de umpequeno número de átomos de impureza.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Mecanismos de Corrente Elétrica em um Semicondutor
Há 2 mecanismos de deslocamento dos portadores:
Difusão
Deriva
Ambos são importantes para o estudo da corrente elétrica emum semicondutor.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Mecanismos de Corrente Elétrica em um Semicondutor
Há 2 mecanismos de deslocamento dos portadores:
Difusão
Deriva
Ambos são importantes para o estudo da corrente elétrica emum semicondutor.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Difusão
A difusão acontece quando há uma variação na concentraçãode um tipo de portador, fazendo com que os portadores sedesloquem da região de maior concenrtação para a de menor.
A densidade de corrente de difusão para um dado tipo deportador, Jdifusão, é proporcional ao negativo da taxa devariação de concentração do portador multiplicada pela cargaelétrica do portador.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Difusão
A difusão acontece quando há uma variação na concentraçãode um tipo de portador, fazendo com que os portadores sedesloquem da região de maior concenrtação para a de menor.
A densidade de corrente de difusão para um dado tipo deportador, Jdifusão, é proporcional ao negativo da taxa devariação de concentração do portador multiplicada pela cargaelétrica do portador.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Deriva
O mecanismo de deriva de portadores acontece quando umcampo elétrico é aplicado a um pedaço de silício.
A densidade de corrente de deriva para um dado tipo deportador, Jderiva, é proporcional à magnitude do campoelétrico multiplicada pela magnitude da carga elétrica doportador e pela quantidade de portadores na região.
Conceitos Básicos de Semicondutores
Deriva
O mecanismo de deriva de portadores acontece quando umcampo elétrico é aplicado a um pedaço de silício.
A densidade de corrente de deriva para um dado tipo deportador, Jderiva, é proporcional à magnitude do campoelétrico multiplicada pela magnitude da carga elétrica doportador e pela quantidade de portadores na região.
A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Introdução
Consideremos agora uma junção pn na condição de circuito emaberto.
A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Difusão
Devido à diferença de concentração de portadores na junção,existe uma corrente de difusão ID .
A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Devido à recombinação de portadores, isto cria uma região,denominada de região de depleção, com cargas �xasdescobertas, o que leva ao aparecimento de um campoelétrico E .
Este campo elétrico leva ao aparecimento de uma diferença depotencial V0 entre a região p e a n.
A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Devido à recombinação de portadores, isto cria uma região,denominada de região de depleção, com cargas �xasdescobertas, o que leva ao aparecimento de um campoelétrico E .
Este campo elétrico leva ao aparecimento de uma diferença depotencial V0 entre a região p e a n.
A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Esta queda de tensão leva tanto a uma corrente de deriva Isno sentido oposto ao da de difusão, como coloca um limite aesta última.
A corrente Is é formada pelos portadores minoritários geradostermicamente, e portanto dependerá da temperatura mas nãode V0.
O oposto ocorre com a corrente ID .
Como os terminais da junção estão em aberto, não pode havercorrente líquida e portanto
ID = Is
A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Esta queda de tensão leva tanto a uma corrente de deriva Isno sentido oposto ao da de difusão, como coloca um limite aesta última.
A corrente Is é formada pelos portadores minoritários geradostermicamente, e portanto dependerá da temperatura mas nãode V0.
O oposto ocorre com a corrente ID .
Como os terminais da junção estão em aberto, não pode havercorrente líquida e portanto
ID = Is
A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Esta queda de tensão leva tanto a uma corrente de deriva Isno sentido oposto ao da de difusão, como coloca um limite aesta última.
A corrente Is é formada pelos portadores minoritários geradostermicamente, e portanto dependerá da temperatura mas nãode V0.
O oposto ocorre com a corrente ID .
Como os terminais da junção estão em aberto, não pode havercorrente líquida e portanto
ID = Is
A Junção pn na Condição de Circuito Aberto
Corrente de Deriva
Esta queda de tensão leva tanto a uma corrente de deriva Isno sentido oposto ao da de difusão, como coloca um limite aesta última.
A corrente Is é formada pelos portadores minoritários geradostermicamente, e portanto dependerá da temperatura mas nãode V0.
O oposto ocorre com a corrente ID .
Como os terminais da junção estão em aberto, não pode havercorrente líquida e portanto
ID = Is
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Introdução
Consideremos agora a situação de uma junção pn empolarização reversa causada por uma fonte de corrente I .
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Análise
Esta corrente I retira elétrons da região n e lacunas da regiãop, o que aumenta a região de depleção e a queda de tensão V0.
Isto faz com que a corrente ID diminua até que no equilíbriotenhamos
I = Is − ID
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Análise
Esta corrente I retira elétrons da região n e lacunas da regiãop, o que aumenta a região de depleção e a queda de tensão V0.
Isto faz com que a corrente ID diminua até que no equilíbriotenhamos
I = Is − ID
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Análise
O aumento da diferença de potencial na região de depleçãoocasiona o aparecimento de uma tensão externa VR entre osterminais da junção com a polaridade mostrada acima.
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Capacitância de Depleção
Devido às cargas �xas, existe uma analogia entre a região dedepleção e um capacitor.
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Capacitância de Depleção
Pode-se mostrar que a relação entre a quantidade de carga Qj
na região e a tensão reversa VR é não-linear.
Este efeito, entretanto, signi�ca que, ao mudar VR , haverá umtransiente na corrente para se recarregar este capacitor.
Esta capacitância é denominada de capacitância de depleção
ou capacitância de junção.
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Capacitância de Depleção
Pode-se mostrar que a relação entre a quantidade de carga Qj
na região e a tensão reversa VR é não-linear.
Este efeito, entretanto, signi�ca que, ao mudar VR , haverá umtransiente na corrente para se recarregar este capacitor.
Esta capacitância é denominada de capacitância de depleção
ou capacitância de junção.
A Junção pn na Condição de Polarização Inversa
Capacitância de Depleção
Pode-se mostrar que a relação entre a quantidade de carga Qj
na região e a tensão reversa VR é não-linear.
Este efeito, entretanto, signi�ca que, ao mudar VR , haverá umtransiente na corrente para se recarregar este capacitor.
Esta capacitância é denominada de capacitância de depleção
ou capacitância de junção.
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Introdução
Consideremos agora a situação de uma junção pn empolarização direta causada por uma fonte de corrente I .
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Esta corrente I fornece portadores majoritários em ambos oslados da junção.
Isto acarreta um estreitamento da região de depleção e umadiminuição em V0.
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Esta corrente I fornece portadores majoritários em ambos oslados da junção.
Isto acarreta um estreitamento da região de depleção e umadiminuição em V0.
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Esta diminuição em V0 causa um aumento na corrente ID .
No equilíbrio teremos
I = ID − Is
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Esta diminuição em V0 causa um aumento na corrente ID .
No equilíbrio teremos
I = ID − Is
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Em termos de concentração de portadores minoritários, acorrente I acarreta um aumento exponencial nestasconcentrações nas regiões próximas à região de depleção.
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Devido à recombinação, esta concentração diminui à medidaque se afasta da região de depleção.
É esta diferença na concentração que causa o aumento dacorrente de difusão ID .
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Análise
Devido à recombinação, esta concentração diminui à medidaque se afasta da região de depleção.
É esta diferença na concentração que causa o aumento dacorrente de difusão ID .
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Capacitância de Difusão
A concentração de portadores nas imediações da região dedepleção também tem um efeito capacitivo.
Se a tensão entre os terminais da junção muda, existirá umtransiente na corrente para mudar esta concentração atéchegar ao equilíbrio novamente.
Esta capacitância, denominada de capacitância de difusão, éproporcional à corrente de polarização.
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Capacitância de Difusão
A concentração de portadores nas imediações da região dedepleção também tem um efeito capacitivo.
Se a tensão entre os terminais da junção muda, existirá umtransiente na corrente para mudar esta concentração atéchegar ao equilíbrio novamente.
Esta capacitância, denominada de capacitância de difusão, éproporcional à corrente de polarização.
A Junção pn na Condição de Polarização Direta
Capacitância de Difusão
A concentração de portadores nas imediações da região dedepleção também tem um efeito capacitivo.
Se a tensão entre os terminais da junção muda, existirá umtransiente na corrente para mudar esta concentração atéchegar ao equilíbrio novamente.
Esta capacitância, denominada de capacitância de difusão, éproporcional à corrente de polarização.
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