Electrónica: Condução de Elétricos em Semicondutores, Notas de estudo de Energia

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Física de Semicondutores

Ilha Solteira - 2019

Universidade Estadual Paulista – UNESP Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira ‐ FEIS Departamento de Engenharia Elétrica ‐ DEE

Semicondutor Intrínseco

Ordem da energia:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d

carvão grafite diamante

C: Carbono. Isolante.

Si, Ge: Silício, Germânio. Semicondutor.

Sn: Estanho. Condutor.

silício

germânio

estanho

estanho

d

Diminuindo o espaçamento interatômico

Isolante Semi-condutor Condutor

Carbono Silício Estanho

Elétrons e lacunas no semicondutor intrínseco:

Seja n = concentração de elétrons livres, (m^3 ) -

Condutores: n ~ 10^28 elétrons/m 3

Isolantes: n ~ 10 7 elétrons/m^3

Semicondutores: n ~ intermediário.

Os elétrons de valência em um semicondutor não estão livres para se deslocarem como se estivessem num metal.

Encontram-se capturados em uma ligação entre 2 íons adjacentes.

Silício semicondutor: retículo cristalino

Silicon Lattice Structure

Si -

Si -

Si (^) -

Si -

Si -

Si (^) -

Si (^) -

Si (^) -

Si (^) -

Si (^) -

Si -

Si -

Si -

Si -

Si -

Si (^) -

Si (^) -

Si (^) -

Si (^) -

Elétrons compartilhados com 4 átomos vizinhos  8 elétrons na camada externa

Em 0oK todos os elétrons são fortemente compartilhados com os vizinhos  nenhum fluxo de corrente

A adição de calor (mesmo na temperatura ambiente) quebra algumas ligações, e os elétrons podem fluir.

Si -

Si (^) -

Elétron livre

Vaga deixada pelo elétron. A carga global no silício é zero  esta lacuna deve ser positiva

+

+

Corrente de lacunas

Elétron na banda de valência

Atenção: a separação acima, entre elétrons livres e lacunas (íons positivos), ocorre apenas em termos de energia. Fisicamente, ambas as cargas compartilham o mesmo espaço.

Semicondutor Extrínseco

Resumo:

Como acontecem mais recombinações que no Si intrínseco, diminui o número de minoritários.

NÍVEL

Resumo:

ADENDO: O Processo de Difusão de partículas

A difusão constitui um exemplo de fenômeno de transporte de matéria em situações nas quais existem gradientes de concentração de uma substância.

Tal substância é transportada devido aos movimentos das moléculas, pelo movimento térmico de todas as partículas a temperaturas acima do zero absoluto.

Estes movimentos fazem com que, do ponto de vista macroscópico, a substância passe das zonas de concentração elevada para zonas de baixa concentração.

O fluxo de partículas que tende a homogenizar a dissolução e uniformizar a concentração. continua...

O fluxo homogenizador é uma consequência estatística do movimento aleatório das partículas que dá lugar ao segundo princípio da termodinâmica, conhecido também como movimento térmico casual das partículas.

Sob o ponto de vista microscópico, inicialmente, existem moléculas de soluto ao lado esquerdo da barreira e nenhuma no lado direito. A barreira é removida, e o soluto difunde-se preenchendo inteiramente o recipiente. No topo: Uma única molécula move-se aleatoriamente. Centro: Com mais moléculas, há uma tendência clara, na qual o soluto enche o recipiente mais e mais uniformemente. Abaixo: Com um enorme número de moléculas de soluto, toda a aleatoriedade se vai. O soluto parece mover-se suave e sistematicamente das áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração, seguindo as leis de Fick.

ADENDO: Linhas de campo elétrico

Cargas negativas são sumidouros de linhas de campo elétrico, enquanto cargas positivas são sorvedouros dessas linhas.

Quando essas cargas estão suficientemente distantes, se comportam como partículas isoladas e os campos elétricos são radiais e simétricos.

ADENDO: Linhas de campo elétrico

Cargas negativas são sumidouros de linhas de campo elétrico, enquanto cargas positivas são sorvedouros dessas linhas.

Quando essas cargas estão suficientemente distantes, se comportam como partículas isoladas e os campos elétricos são radiais e simétricos.

Porém, quando se aproximam, essas linhas de campo sofrem deformação.

ADENDO: Campo elétrico entre placas paralelas:

continua...

E

E

F

F

Elétrons se movem espontaneamente contra as linhas de campo elétrico.

Lacunas se movem espontaneamente na direção das linhas de campo elétrico.

Seria necessário realizar trabalho (força externa) para inverter estes tipos de movimento. Fim do adendo.

ADENDO: Campo elétrico entre placas paralelas:

I (^) DIF = corrente de difusão (majoritários)

Sentido da corrente elétrica: movimento de cargas positivas.