UNIVERSIDADE FEDERAL DA INTEGRAÇÃO LATINO AMRICANA ENGENHARIA FÍSICA
Por: Thayana Knupp Gimenes • 29/10/2019 • Trabalho acadêmico • 1.224 Palavras (5 Páginas) • 157 Visualizações
UNIVERSIDADE FEDERAL DA INTEGRAÇÃO LATINO AMRICANA
ENGENHARIA FÍSICA
DIODOS
Thayana Knupp Gimenes
Foz do Iguaçu, Abril de 2019
Semicondutores
Neste tópico será abordado as características e comportamento dos semicondutores, bem como os principais elementos utilizados.
Bandas de Energia
O átomo é formado por elétrons que giram ao redor do núcleo. Cada elemento químico tem uma quantidade de elétrons que são distribuídos em camadas. Quanto mais próximo do núcleo mais energia é necessária para que o elétron possa mudar de camada. Dessa forma os elétrons da última camada, também chamada de camada de valência, podem se movimentar com maior facilidade, uma vez que a energia necessária é menor.
Entre as camadas do átomo existe uma região chamada banda proibida, nela não é possível existir elétrons. De forma geral, os elétrons podem ocupar camadas, mas não a região entre elas. O tamanho da banda proibida determina o comportamento do material.
Se a banda proibida for muito grande será necessária muita energia para que o elétron possa se movimentar. Logo será difícil que o material conduza energia sendo então um material isolante. Nos condutores não há banda proibida e sem uma superposição entre as camadas de valência e de condução. Dessa forma o material conduz energia facilmente. Para o material se comportar como um semicondutor essa banda proibida terá uma largura intermediaria. Na Figura 1 é mostrada como se comporta cada material.
[pic 1]
Figura 1: Banda Proibida.
Materiais Semicondutores.
Materiais semicondutores são materiais que apresentam características de condutores e isolantes dependem das condições em que se encontram. Uma forma de classificar o comportamento do material é através da sua resistividade. Elementos com uma resistividade muito pequena são condutores, com a resistividade muito elevada são isolantes. Já os semicondutores apresentam uma resistividade intermediaria. Na Tabela 1 são apresentados os valores de resistividade para condutores, semicondutores e isolantes.
Tabela 1: Resistividade
Condutor | Semicondutor | Isolante |
1.72x10-6 Ω.cm (Cobre) | 50 Ω.cm (Germânio) | 1012 Ω.cm (Mica) |
2.82Ω.cm (Alumínio) | 50x10³ Ω.cm (Silício) |
Os melhores condutores possuem 1 elétron na última camada, os melhores isolantes possuem 8 elétrons na última camada. Portanto os melhores semicondutores possuem 4 elétrons.
Os semicondutores mais utilizados são o germânio e o silício, ambos tetravalentes.
Quando só há átomos de silício ou germânio o semicondutor é puro, também chamado de intrínseco. Porém sua condutividade é baixa devido ao baixo número de elétrons. Para aumentar o número de elétrons livres, e por consequência sua condutividade, é realizada a dopagem do material, que é a adição de outros elementos. Através da dopagem formam-se dois tipos de semicondutores, chamados de semicondutor tipo n ou tipo p.
Material tipo n
O semicondutor tipo n é formado através da inserção de elementos pentavalentes, comumente antimônio, arsênio e fósforo.O elemento pentavalente realizará 4 ligações covalente com o elemento semicondutor, dessa forma um elétron ficará livre, podendo então se mover dentro do material. Dessa forma a condutividade aumenta. Na Figura 2 é possível ver o arranjo cristalino do semicondutor tipo n. O elemento semicondutor é o silício e a dopagem foi feita com átomos de arsênio.
[pic 2]
Figura 2: Estrutura do semicondutor tipo n.
Material tipo p
O material tipo p é formado através da inserção de elementos trivalentes, geralmente boro, gálio e índio. Esses elementos realizam 3 ligações com o semicondutor fazendo com que haja uma lacuna no material. Essa lacuna será preenchida rapidamente com um elétron livre. Na Figura 3 é possível ver a estrutura do material tipo p.
[pic 3]
Figura 3: Estrutura do material tipo p
Diodos Semicondutores
O diodo semicondutor é formado pela junção dos materiais de tipo n e tipo p. Quando os materiais são unidos os elétrons livres e as lacunas da região de junção se combinam resultando em uma região com ausência de portadores livres. Essa região é chamada de região de depleção. Na Figura 4 é ilustrado o diodo semicondutor.
[pic 4]
Figura 4: Diodo Semicondutor.
Simbologia
Em circuitos elétricos o diodo é representado como uma seta com uma barra na ponta. Na Figura 5 é apresentado a forma do diodo e sua representação. A seta representa o material tipo p e a barra o material tipo n.
[pic 5]
Figura 5: Simbologia do Diodo.
O diodo pode ser polarizado de duas maneiras, direta ou inversamente.
Polarização
Polarização Direta ()[pic 6]
Ocorre quando o terminal positivo da fonte está conectado ao material tipo p e o negativo ao tipo n.
A aplicação de uma tensão nos terminais do diodo forcará os elétrons livre (tipo n) e as lacunas (tipo p) a se recombinarem com os íons próximos a fronteira. Isso faz com que a região de depleção diminua. A tensão aumenta até que seja possível ultrapassar a barreira da junção, a partir desse momento há fluxo de elétrons e a corrente aumenta exponencialmente. Essa tensão é chamada de tensão de condução, ela depende do material do diodo e geralmente é menor que 1V. Na Figura 6 é ilustrado um diodo polarizado diretamente.
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