Apostila - Eletrônica Analógica (Semicondutores)

Sistemas Eletrônicos
Eletrônica Analógica
Semicondutores
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1 – Introdução
Condutor: É o material que sustenta um grande fluxo de carga ao
se aplicar, através de seus terminais, uma fonte de tensão de
amplitude limitada.
Isolante: É o material que oferece um nível muito baixo de
condutividade quando submetido a uma fonte de tensão.
Semicondutor: É o material que tem um nível de condutividade
entre os extremos de um isolante e de um condutor.
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1 – Introdução
Valores de resistividade ρ (Ω.m):
Condutor
10-6 Ω.cm (cobre)
Semicondutor
Isolante
50 Ω.cm (germânio) 1012 Ω.cm (mica)
50 103 Ω.cm (silício)
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1 - Introdução
• Existem vários materiais semicondutores, os que despertam
mais interesse em relação ao desenvolvimento de
dispositivos semicondutores são do Germânio (Ge) e o
Silício (Si). Deste o mais usado é o silício.
• Esses dois tipos de materiais podem ser produzidos com
altos níveis de pureza (1:10.000.000.000).
• A adição de uma parte de impureza (do tipo adequado) por
milhão em um wafer de material de silício pode transformar
um condutor relativamente inferior em um bom condutor.
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1 - Introdução
• Si e Ge tem suas características significativamente alteradas
pela adição de luz ou calor.
Condutor: aumenta a resistência com o aumento da
temperatura.
Semicondutor: diminui a resistência com o aumento da
temperatura.
• Semicondutor sem adição de impurezas à temperatura
ambiente é um isolante.
• Semicondutor sem adição de impurezas (puro) é chama de
semicondutor intrínseco.
• Processo de adição de impurezas chama-se: “DOPAGEM”
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1 - Introdução
• Semicondutores são átomos tetravalentes. Se organizam
através de uma estrutura de cristal singular através de
ligações covalentes.
• Embora as ligações covalentes resulte em uma ligação forte
entre os elétrons de valência (elétrons da última camada
orbital), estes elétrons podem absorver energia (luz, calor,
tensão, etc) e assumirem o estado livre.
• Quanto mais longe o elétrons estiver do núcleo, maior será o
estado de energia, e qualquer elétrons que tiver deixado seu
átomo de origem apresentará uma estado de energia maior
do que qualquer outro na estrutura atômica.
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2 – Materiais Extrínsecos
• As características dos materiais semicondutores
podem ser consideravelmente alteradas pela adição
de determinados átomos de impurezas no material
semicondutor. A razão de adição é em torno de uma
parte em 1 milhão.
• O semicondutor que passa por um processo de
dopagem é chamado de semicondutor extrínseco.
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2.1 – Materiais Extrínsecos tipo N
• O material tipo N é criado com a introdução de dos
elementos de impurezas que têm cinco elétrons de valência
(pentavalentes), como o antimônio o arsênio e o fósforo.
• Devido ao átomo de impureza existe um quinto elétron
adicional dissociado de qualquer ligação covalente, esse
elétrons adicional, tenuamente ligado à seu átomo de
origem, está relativamente livre para se mover dentro do
recém formado material tipo N.
• O átomo pentavalentes são doadores.
• O material tipo N é ainda neutro.
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2.2 – Materiais Extrínsecos tipo P
• O material tipo P é criado com a introdução de dos
elementos de impurezas que têm três elétrons de
valência (trivalentes), como o boro o gálio e índio.
• Agora existe um número insuficiente de elétrons
para completar as ligações covalentes. O espaço
vazio é chamado de Lacuna. A lacuna aceita
rapidamente um elétron livre.
• O átomo trivalentes são aceitadoras.
• O material tipo P é ainda neutro.
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2.3 – Portadores
• Em um material do tipo n,o elétron é chamado de
portador majoritário, e a lacuna é chamada de
portador minoritário.
• Em um material do tipo P, a lacuna é chamado de
portador majoritário, e o elétron é chamada de
portador minoritário.
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