Contedo do Trabalho 1 Introduo 2 Semicondutores Intrnsecos

Conteúdo do Trabalho: 1. Introdução 2. Semicondutores Intrínsecos 3. Semicondutores Extrínsecos 4. Semicondutores Tipo n 5. Semicondutores Tipo p 6. Doping 7. Conclusão Elaborado por: Jorge Leandro Duarte Braziela Nº 12263 Eng. ª Informática

Os semicondutores provocaram uma verdadeira revolução na tecnologia da electrónica. Nenhum aparelho electrónico actual, desde um simples relógio digital ao mais avançado dos computadores, seria possível sem os mesmos.

O semicondutor é um material-chave na indústria electrónica. Os dispositivos que utilizam o semicondutor são hoje utilizados em todo tipo de circuitos. Os dispositivos semicondutores mais comuns são o diodo(tem como utilidade básica permitir o fluxo de corrente eléctrica apenas em um sentido ( o sentido de polarização directa)), o transístor(O transístor funciona basicamente como um amplificador de corrente se esta for alta (ligeiramente alta) ou como um interruptor de corrente se esta for próxima de zero. ) e os dispositivos fotossensíveis(As Células fotocondutivas funcionam da seguinte forma: Quando um fluxo luminoso incide sobre o material semicondutor, os fotões podem fornecer aos electrões energia suficiente para produzir a ruptura de ligações covalentes. A acção dos fotões ocasiona a produção de pares electrões-lacuna, o que provoca um aumento da condutividade do semicondutor. Esse fenómeno é conhecido como fotocondutividade. )

Os semicondutores intrínsecos São semicondutores puros, cuja condutividade eléctrica é determinada pelas suas propriedades condutoras próprias por exemplo os elementos silício e germânio. Se se introduzirem pequenas quantidades de impurezas num semicondutor intrínseco, o número de lacunas ou de electrões livres aumenta consideravelmente e, portanto, a sua resistividade diminui. Um cristal ao ser contaminado transforma-se num semicondutor extrínseco.

Semicondutores Extrínsecos Em semicondutores extrínsecos o seu comportamento é determinado por impurezas, as quais, mesmo em pequenas concentrações, introduzem excesso de electrões ou lacunas. Por exemplo, uma concentração da impurezas da ordem de um átomo por 1012 é suficiente para tornar o silício extrínseco à temperatura ambiente. Nos semicondutores extrínsecos as concentrações de impurezas adicionais normalmente são localizados no intervalo entre 1000 ppm.

A dopagem do díodo semicondutor Os cristais de silício ou germânio são encontrados na natureza misturados com outros elementos. Dada a dificuldade de se controlar as características destes cristais é feito um processo de purificação do cristal e em seguida é injectado através de um processo controlado, a inserção propositada de impurezas na ordem de 1 para cada 106 átomos do cristal, com a intenção de se alterar a produção de electrões livres e lacunas. A este processo de inserção dá-se o nome de dopagem. As impurezas utilizadas na dopagem de um cristal semiconductor podem ser de dois tipos: impureza doadoras e impurezas aceitadoras.

Semicondutor Tipo n (tipo negativo) Se ao silício puro se juntarem alguns átomos de elementos do V grupo, como por exemplo o arsénio, produz-se um semicondutor extrínseco tipo n. Como os electrões livres excedem em número as lacunas num semicondutor tipo n, os electrões são chamados portadores majoritários e as lacunas, portadores minoritários. +4 +5 +4 Impureza dadora +4 +4 Electrão livre +4

Semicondutor Tipo p (tipo positivo) Se o elemento utilizado para dopar o silício é do III grupo (índio ou gálio), cada átomo da impureza poderá partilhar apenas três electrões da sua última camada com os átomos vizinhos de silício. Como as lacunas excedem em número os electrões livres num semicondutor tipo p, as lacunas são chamadas portadores majoritários electrões livres, portadores minoritários. +4 +3 Impureza aceitadora lacuna +4 +4

Camadas N e P A camada onde prevalecem as cargas negativas é chamada de região N, pois existe um excesso de eléctrons disponíveis para a condução ( n quer dizer maioria negativa). A camada onde não existem as cargas negativas é chamada de região P, pois não existem eléctrons em abundância, ao contrário, existe a sua falta, portanto convencionou-se a falta de eléctrons com o termo lacuna( p quer dizer maioria positiva, carga igual e oposta ao eléctron).

Junção P-N Da mesma forma que os electrões se movimentam, as cargas positivas ou lacunas por convenção também o fazem. Entre as duas regiões, uma de maioria negativa, outra de maioria positiva, existe uma terceira, esta de maioria neutra, isto é, nem de carga negativa, nem de carga positiva, é a junção entre ambas, chamada de região neutra da junção P-N. Na região neutra não há excesso de electrões nem lacunas porque alguns electrões do material tipo N se difundem pela junção e entram em combinação com algumas lacunas do material tipo P, reciprocamente, algumas lacunas se difundem pela junção e entram em combinação com os electrões, por isso também é chamada de região de junção.

Condutividade Sob o ponto de vista de condutividade eléctrica a região de junção oferece resistência em relação aos materiais tipo N e tipo P, criando uma barreira de potencial ao movimento de lacunas e eléctrons, esta, mecanicamente, pode ser comparada a um aclive, onde somente algumas lacunas e alguns eléctrons de alta energia e bastante acelerados conseguem passar. Polarização directa Quando tornamos a região N positiva, em relação à região P, a barreira diminui, permitindo que mais eléctrons e lacunas se difundam pela junção, favorecendo a condutividade eléctrica. Polarização inversa Quando tornamos a região N negativa em relação à região P, a barreira de potencial aumenta, e praticamente não há passagem de corrente eléctrica pela junção.

Utilidade Este fenómeno da condutividade num só sentido é aproveitado como uma chave da corrente eléctrica para a rectificação de sinais sinusodais, portanto, este é o efeito diodo semicondutor tão usado na electrónica, pois permite que a corrente flua entre os seus terminais apenas numa direcção. Esta propriedade é utilizada em grande número de circuitos electrónicos e nos rectificadores. Os rectificadores são circuitos eléctricos que convertem a tensão CA em tensão CC. CA vem de Corrente alternada, significa que os eléctrons circulam em dois sentidos, CC, Corrente contínua, isto é circula num só sentido.

Conclusão Existem dois tipos de portadores móveis: os electrões carregados negativamente e as lacunas carregadas positivamente. Esta natureza bipolar do semicondutor deve ser confrontada com a natureza unipolar do metal que só possui electrões livres. Um semicondutor pode ser fabricado com impurezas dadoras (receptoras) de modo que os portadores móveis sejam primordialmente electrões (lacunas). A concentração intrínseca de portadores é uma função da temperatura. À temperatura ambiente quase todos os átomos dadores e receptores estão ionizados. A corrente é devida a dois fenómenos: 1. Os portadores deslocam-se por acção de um campo eléctrico (esta corrente de condução também está disponível num metal) 2. Os portadores difundem-se se existir um gradiente de concentração (um fenómeno que não ocorre num metal) Os portadores estão continuamente a ser produzidos (devido à geração térmica de pares electrão-lacuna) e simultaneamente a desaparecer (devido à recombinação).

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