ELEMENTOS BÁSICOS DA MICROELETRÔNICA Habilidade

ELEMENTOS BÁSICOS DA MICROELETRÔNICA
Habilidade: Reconhecer, utilizar, interpretar e propor modelos explicativos
para fenômenos ou sistemas naturais ou tecnológicos.
Competência: Identificar elementos básicos da microeletrônica para
compreender
o
processamento
de
informação
(processadores,
microcomputadores etc.), redes de informática e sistemas de automação.
Introdução:
A microeletrônica é um ramo da eletrônica, voltado à integração de circuitos
eletrônicos, promovendo uma miniaturização dos componentes em escala microscópica.
A área engloba tanto os processos de físico-químicos de fabricação de circuitos
integrados como o projeto do circuito em si. São considerados ramos desta área,
igualmente, o desenvolvimento de software de apoio ao projeto de circuitos, modelagem
de componentes, técnicas de teste, entre outras.
Os componentes utilizados na microeletrônica são construídos na escala de
mícrons ou mesmo nanômetros, tornando-se parte do ramo de nanotecnologia. O
conjunto de componentes usados para um mesmo projeto é tipicamente chamado de
circuito integrado (CI), ou ainda, "chip". Alguns exemplos de circuitos integrados são
memórias de computadores, processadores, modems e conversores analógicos digitais.
Os circuitos integrados são produzidos em wafles, discos de silício, normalmente
de 300mm de diâmetro, sobre os quais são fabricadas estruturas laminares, em um
processo denominado fotolitografia. Tipicamente, diversos circuitos eletrônicos
(idênticos ou não) são fabricados em um mesmo wafle por vez, de modo a ocupar toda a
área disponível. Assim, um circuito é mais caro pelo fato de usar uma maior área do
wafle - e, consequentemente, tendo um menor número de circuitos por wafle - e não
necessariamente devido ao número de componentes presentes.
Os circuitos integrados são nada mais nada menos do que vários componentes
eletrônicos (resistores, diodos, transistores...) encapsulados em um chip pequeno, para
circuitos específicos.
Existem vários tipos de circuito
Elementos da microeletrônica
Válvulas - o diodo
As válvulas de diodo, desde a sua invenção, passaram a ser amplamente
empregadas em circuitos eletrônicos porque é possível, com elas, retificar uma corrente
alternada. Em outras palavras, as válvulas de diodo transformam uma corrente alternada
em corrente contínua.
diodo
Semicondutores
É possível que você já tenha ouvido falar que as válvulas eletrônicas estão sendo
substituídas por dispositivos muito menores, mais econômicos e mais duráveis,
construídos com o auxílio de matérias semicondutores.
Uma determinada substância pode ser classificada como condutora ou isolante,
dependendo de quão fortemente seus átomos seguram os elétrons. Um pedaço de cobre
é um bom condutor, enquanto um de madeira um bom isolante. Certos materiais como o
germânio e o Silício, entretanto, não são bons condutores nem bons isolantes. Esses
materiais caem no meio da faixa de resistividade elétrica, sendo condutores medíocres
em sua forma cristalina pura e tornando-se excelentes quando apenas um átomo em 10
milhões é substituído por uma impureza, quando adiciona ou retira eletros da estrutura
cristalina. Materiais que podem se comportar como isolantes e algumas vezes como
condutores são chamados de semicondutores. Camadas finas de materiais
semicondutores empilhadas, juntas formam os transistores, usados para controlar o
fluxo de corrente em circuitos, detectar e amplificar sinais de rádio e produzir oscilações
elétricas em transmissores; atuam também como chaves digitais. Esses minúsculos
sólidos foram os primeiros componentes elétricos em que materiais com características
elétricas diferentes não foram conectados por fios, mas unidos fisicamente numa só
estrutura. Eles requerem muito pouca potência e usados normalmente, duram longo
tempo.
transistor
Semicondutores tipos N e P
Adicionando-se uma pequena quantidade de arsênio a uma mostra de silício, obtém-se
um condutor elétrico semelhante a um metal, isto é, a condução é feita por meio de
elétrons livres. Dizemos que um semicondutor como este é do tipo N (condução feita
por cargas negativas). Por outro lado, se uma pequena quantidade de borá é adicionado
ao silício puro, verifica-se que ele também conduz eletricidade, mas tudo se passa como
se a corrente elétrica fosse constituída pelo movimento de cargas positivas. Por este
motivo, dizemos que o silício dopado com boro é um semicondutor do tipo P (condução
por cargas positivas).
Junções N-P e P-N usadas como retificadores.
Um cristal de junção N-P se comporta como uma válvula diodo: deixa a corrente
fluir através dele em um sentido (de P pra N), mas impede a passagem no sentido
contrário (de N para P). É claro, então, que um cristal N-P, do mesmo modo que uma
válvula diodo, poderá ser usado como retificador de corrente, isto é, ele é um diodo
semicondutor. Os diodos semicondutores são bem mais econômicos do que as válvulas
comuns, não provocam aquecimento inconvenientes dos aparelhos e começam a
funcionar prontamente quando são ligados. Além disso, eles apresentam uma série de
outras vantagens (custo, tamanho, durabilidade, etc) que os torna muito mais
convenientes do que a válvula de filamento.
Transistor
Não são apenas as válvulas diodo que estão sendo substituídas, com grandes
vantagens, por dispositivos construídos à base de semicondutores. Também a válvula
triodo, que, como dissemos, é usada como o objetivo de amplificar sinais elétricos, está
sendo substituída por um cristal constituído por junções de semicondutores. Essas
junções podem ser do tipo N-P-N ou P-N-P. Em qualquer um desses casos, o cristal
assim obtido é denominado transistor, constituindo-se, em um dos dispositivos mais
empregados nos modernos circuitos eletrônicos.
O uso de cristais retificadores e de transistores nos circuitos de rádios,
televisores, computadores, etc permitiu uma redução considerável no tamanho e no peso
destes aparelhos. Os antigos rádios a válvula, por exemplo, eram muito maiores do que
os modernos rádios. Mesmo com válvulas em miniatura, o maior número de
dispositivos que se conseguia ligar em circuitos eletrônicos correspondia a uma
densidade média de 1 elemento por cm3. Com o uso de cristais semicondutores, ligados
em um circuito impresso, conseguiu-se colocar uma média de até 3 elementos por cm3
(nos circuitos impressos, os fios de ligação são substituídos por conexões metálicas
impressas em uma chapa isolante, na qual os elementos são soldados).
O avanço da eletrônica fez com que a densidade de elementos ligados em um
circuito se tornasse cada vez maior. Atualmente, o uso de modernos circuitos
integrados, foi possível atingir a fantástica cifra de elementos por cm3. Sem esse
desenvolvimento, que permitiu tal miniaturização, um moderno computador teria
dimensões tão exageradas que sua construção seria inviável.
O circuito integrado costuma ser designado pelo termo chip, palavra de origem
inglesa que significa “pequena lasca”. Esta denominação tem sua origem na maneira
pela qual se obtém um pequeno chip: uma pequena placa (lasca) é cortada de um cristal
de silício e mínimas quantidades de impurezas são colocadas em determinadas posições
desta placa. Estas impurezas são dispostas de maneira a dar origem a diodos,
transistores, resistores, resistores, capacitores e indutores.
Capacitores:
O capacitor tem o papel de armazenar cargas elétricas
Resistores
Diversos tipos de capacitores
Um resistor (em Portugal mais frequentemente chamado de resistência) é um
dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, ora com a finalidade de
transformar energia elétrica em energia térmica (efeito joule), ora com a finalidade de
limitar a quantidade de corrente elétrica em um circuito, a partir do material empregado,
que pode ser carbono ou silício.
Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem
de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição dá-se o nome de
resistência elétrica.
resistor
Referências Bibliográficas
 Curso de Física volume 3/Antônio Máximo Ribeiro da Luz, Beatriz Alvarenga – São
Paulo: Scipione, 2000.
 Física Conceitual, Paul G. Hewitt, 9ª edição – Porto Alegre – Bookman, 2002
 http://www.sxc.hu
 http://pt.wikipedia.org/wiki/Microeletr%C3%B4nica
 http://pedrotecnologia.blogspot.com/2008/03/eletrnica-basica.html
 www.comtrel.com.br