1

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 162

Aula 10Conceitos básicos de dispositivos semicondutores: silício dopado, mecanismos de condução (difusão e deriva), exercícios. (Cap. 3 p. 117-121)

162

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 163

PSI 2223 – Introdução à EletrônicaProgramação para a Primeira Prova

2

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 164

10ª Aula: Conceitos Básicos de Dispositivos Semicondutores

Ao final desta aula você deverá estar apto a:

-Descrever os principais mecanismos de geração de correnteelétrica em um material semicondutor

-Apresentar a estrutura cristalina 3D e sua representação 2D, dando uma ordem de grandeza das dimensões envolvidas

-Explicar a existência de elétrons livres na estrutura e o conceitode lacunas (buracos)

-Calcular a concentração intrínseca de portadores livres

-Explicar as consequências da dopagem de materiaissemicondutores

-Olhar a Lei de Ohm do lado de dentro do material, explicando os conceitos de condutividade e mobilidade

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 165

A resistividade de um semicondutor é sensível à:

• Temperatura• Iluminação• Campos magnéticos• Pequenas doses de

impurezas

Materiais para Eletrônica

Experimento de Haynes-Shockley

http://jas.eng.buffalo.edu

3

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 166

Materiais para Eletrônica(pequenas doses de impurezas)

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 167

Estrutura Cristalina

Os materiais semicondutores são encontrados na forma cristalina, policristalina e amorfa.

Estudaremos basicamente os materiais semicondutores na forma cristalina:• Os átomos estão arranjados de uma forma periódica tridimensional

• A esse arranjo chamaremos de rede cristalina

4

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 168

Materiais para Semicondutores

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 169

Materiais para Semicondutores

5

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 170

O Átomo

• Núcleo composto por nêutrons e prótons (+q) com massas iguais de 1,66x10-27kg (1.700 vezes a massa do elétron). O núcleo tem diâmetro de ~10-14cm

• Uma nuvem de elétrons recobre o núcleo, estendendo-se até ~10-10cm

• O átomo é eletricamente neutro

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 171

Estrutura Cristalina

A estrutura do diamante (e dos principais materiais semicondutores)

Silício (a = 5,43 Å) GaAs (a = 5,63 Å)

6

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 172

Estrutura Cristalina do Silício

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 173

7

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 174

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 175

Concentração Intrínseca

8

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 176

Porque um material é condutor, semicondutor ou isolante?

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 177

9

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 178

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 179

Revisitando a Lei de Ohm

10

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 180

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 181

Materiais para Eletrônica

11

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 182

Velocidade de Deriva

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 183

12

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 184

Condutividade e Mobilidade

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 185

Velocidade de Deriva e Velocidade Térmica

13

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 186

Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP 2013 187

Mecanismos de Condução de Corrente em Semicondutores: Deriva (Drift)