Pro Prie Eletric As

7/24/2019 Pro Prie Eletric As

1/28

Como so caracterizadas a conduo e a resistncia?

Quais os fenmenos fsicos que distinguem os condutores,semicondutores e isolantes?

Para os metais, como a condutividade afetada elasimerfei!es, " e deformao?

Para os semicondutores como a condutividade afetadaor imurezas #doagem$ e "?

Propriedades Eltricas


2/28

%magens de &'canning electron microscoe( de um C%)

* maa mostra a localizao do 'i #semicondutor$) + + 'i mostrado elas regi!es mais

escuras

* maa mostra a localizao do -l #condutor$) ++ -l mostrado elas regi!es mais claras

.ig #a$, #/$, #c$ .ig 012, Callister 7e.ig #d$ .ig 0134 #a$, Callister 7e

#/$

#c$

Imagem de um Circuito Integrado

25mm

#a$#d$

65m

-l

'i#doado$

#d$


3/28

Conduo Eletrica

7esistividade, e Conductividade, ) ++ formas indeendentes da geometria, 8ei de *9m

E) camoeltrico#%ntensidade$

resistividade

#*9m+m$

J) densidade de corrente

Condutividade

++ 7esistividade uma roriedade do matria : indeendente da amostra

=AI

LV

=0

7esistncia)

=

=

A

L

A

LR

8ei de *9m)

V; I RQueda de tenso#volts ; rea$ V

L


4/28

Propriedades Eltricas

Qual deve conduzir mais?

-nalogia com fluo de >gua em um tu/o

8ogo a resistncia deende da geometria

da amostra, etc

D

3D I

VARA

==


5/28

Definies

@efini!es)J; A; outra forma de escrever a 8ei de *9m

Jdensidade de corrente ; &como fluo(

otencial do camo eltrico ; V= or #V=$

Condutores de corrente eltrons na maioria dos sBlidos ons odem tam/m ortar carga #articular

te

em uma soluo lq$

.luo de eltrons condutividade gradiente de tenso

J; #V=$

A

I

rea

corrente=


6/28

alores a " am/ #*9m+m$+0

"a/elas 010, 01D, e 016, Callister 7e

Condutividade: Comparao

Prata E1 02 4

Co/re E2 02 4

.erro 02 02 4

FG"-%' conductors

'ilcio 6 02

+6

HermInio 3 02 2

Ha-s 02 +E

'GF%C*J@K"*7G'

semicondutores

; #+ m$+0

Poliestireno A02+06

Polietileno 02+05+02+04

idro comum 02

Concreto 02+L

-lumina A02 +0D

CG7MF%C-'

P*8NFG7*'

isolantes

+02+02+00


7/28

Qual o diImetro mnimo #D$ de um ca/o, ara VA 05 ?

Exemplo: Problema, Condutividade

022m

Cu, ca/o I; 35-+ Oe+

V

7esosta) D 014 mm

A 05

35-E24 02 #*9m+m$4 +0

022m

I

V

A

LR

=

=

6

3D


8/28

Estrutura das andas Eletr!nicas

.ig 013, Callister 7e


9/28

Estrutura das andas

anda de valncia

anda de conduo

valence /and

Conduction/and

.ig 01D, Callister 7e


10/28

"ransporte Eletr!nico # Conduo

Fetais #Condutores$)

++ Gnergia trmica coloca Fuitos eltrons em estados elevados de energias

Gstados de Gnergia)++ ara metais, estadosenergia rBimos soacessveis orflutua!es trmicas

O+

+

/andareenc9ida

Gnergia

arcialmentereenc9ida

anda devalncia

/andavazia

H-P

Gstadosreenc9idos

Gnergia

banda

preenchida

Banda de

valnciapreenchida

banda

vazia

Gstadosreenc9

idos


11/28

Estados de Energia: Isolantes #

$emicondutores

%solantes) ++ Gstados elevados de energia noso acessveis devido ao ga # 3 e$

Gnergia

anda reenc9ida

anda dealncia

reenc9ida

anda vazia

filledstates

H-P

'emicondutores) ++ Gstados elevados de energia searadosor equeno ga #A 3 e$

Gnergia

anda reenc9ida

anda vazia

filledstate

s

H-P?

Banda de

Val

nciapreenchida


12/28

Portadores de carga

@ois mecanismos de transorte decarga

GltronR carga negativa

uracoR igual : oosta carga

ositivaFovem+se a diferentes velocidades

-ltas tem romovem mais eltrons ara a /anda de conduo

as T

Gltrons so esal9ados or imurezas, limites de gro, etc

.ig 01E #/$, Callister 7e


13/28

%etais: &esistividade vs ", Impure'as

%merfei!es aumentam a resistividade

++ limite de gro ++ discordIncias ++ >tomos de imurezas ++ vacIncias

%sto faz com que os eltronsesal9em, logo descrevem camin9osefetivos menores

7esistividade aumenta com) ++ temeratura ++ S imurezas ++ S tra/al9o a frio


; trmica O imurezas O deformao

deform

adoCu

O0,03

deSJ

i

T#TC$+322 +022 2

CuOD

,D3deSJ

i

CuO3

,0EdeS

Ji

03

D

6

5

E

7

esistividade,

#02+1*

9m+m$

2

CuO0,0

3deSJ

i

Cu&Pur

o(


14/28

Estimando a Condutividade

.ig 40E#/$, Callister 7e

Questo)

++ Gstimar a condutividade eltrica de liga Cu+Ji com resistncia atrao de 035 FPa

mm*902D2 1 =

0E $mm*9#02DD0 =

=

7esistUtra

o#FPa$

S Ji, #Concentrao C$2 02 32 D2 62 52

E212

022032

0620E2012

30 S Ji

.ig 01L, Callister 7e

S Ji, #Concentrao C$

7esis

tividade,

#02+1

*9m+m$

02 32 D2 62 522

0232D262

52

2

035

Passo 0)

D2

Passo 3: 7esistividade da curva

Passo D)

Concentrao de Ji dacurva)CJi; 30 S Ji


15/28

$emicondutores puros: Condutividade versus "

@ados 'ilcio uro)

++ aumenta com T ++ oosto dos metais

.ig 0L05, Callister 5e

Condutividade eltrica,

#*9m+m$+0

52 022 022202 +302 +0

02202002302D

026

ure#undoed$

T#V$

Gltrons odem saltaratravs do ga U altas T

Faterial'iHeHaP

Cd'

Ha #e$0002E4335

362"a/ela 01D, Callister 7e

kT/Egap

eundoedGnergia

anda reenc9ida

anda devalnciareenc9ida

anda vazia

filledstates

H-P?

no doado


16/28

Conduo em termos de migrao de

Eltron e de buraco eletr!nico


de camo eltrico alicado alicado

Condutividade eltrica dada or)

W eltrons=m D Fo/ilidade do eltron

W /uracos=m D

Fo/ilidade do/uraco eletrnico

he epen +=

Conceito de eltrons e /uracos eletrnicos)

++

eltron /uraco

criaodoar

++

'em alicao Camo eltrico

Gltron devalncia 'i >tomo

Camo eltrico

eltron /uraco

Figraodoar


17/28

%ntrnseca) W eltrons ; W /uracos #n;p$ ++ cas ara o 'i uro

Gtrinsica) ++nXp ++ ocorre quando imurezas so adicionados com diferentes

W eltrons de valncia #e atomos 'i$

Conduo Intr(nseca versus Extr(nseca

tio+nGtrnseco) #np$

'em alicao

de camo

5O6O 6O 6O 6O

6O

6O6O6O6O

6O 6O

Ytomo de fosforo

Gltron devalncia

'i >tomo

eltroncondutor

/uraco

een

"io+pGtrnseco) #p n$

'em alicao de camo

-tomo de oro

DO6O 6O 6O 6O

6O

6O6O6O6O

6O 6O hep

.igs 0103#a$ : 0106#a$,

Callister 7e


18/28

Permite assagem de eltrons em uma Znica direo

#e Ztil, converter C- em CC$ Processo) difuso de P em um lado de um cristal doado+ 7esultados)

++ 'em alicao de camo,no 9> corrente

++ Ja direo) recom/inao deGltrons e /uracos, correnteflui atravs da [uno

++ @ireo reversa)Gltrons e /uracos se afastamno 9> recom/inao,no 9> corrente

Juno p)n: Retificador

OO

OO

O

+ +++

+Tipo-p Tipo-n

O +

OO O

OO

++

++

+

Tipo-p Tipo-n.ig 0130, Callister 7e

OOO

O

O

+++

++

Tipo-p Tipo-n+ O


19/28

$emicondutores Intr(nsecos

Fateriais uros semicondutores) silcio : germInio

R Fateriais do gruo % -

Comostos semicondutores

R%%%+ comostos G) Ha-s : %n'/R%%+% comostos

G) Cd' : \n"e

R Quanto maior a diference de eletronegatividade,tanto maior ser> o ga de energia


20/28

$emicondutor dopado: Condutividade vs* "

@ados ara o 'ilcio doado)

++ aumenta com a doagem ++ razo) stios de imerfei!esdiminuem a energia de ativaoara roduzir eltrons mBveis

.ig 0L05, Callister 5e

doado com2220D S de

22253 S de

condutividadeeltrica,

#*9m+m$+0

52 022 022202+302+002202002302D026

uro

#s=doagem$

"#V$

Comarao)conduo,

intrnsecovs etrnsecos ++ etrnseco R nvel de doagem) 0230=mDde um doador tio+n,impurea P++ ara TA 022 V) &congelamento&, energia trmica insuficiente ara

ecitar os eltrons++ ara 052 V A TA 652 V) ]etrnseco]++ ara T 652 V) ]intrnseco]


conduoeletrnica

concentrao#0230=mD$

T#V$E226223222

2

0

3

D

congelados

e?trnseco

intrnseco

doados=doagem


21/28

+mero de Portadores de Carga

Condutividade %ntrnseca

; nêêOpêê

n=

e e+ n( )=

02E#m$0

#0,E!020LC$#2,15 + 2,65 m3= s$

Para Ha-s n; 61 0236m+D

Para 'i n; 0D 020Em+D

ara semicondutor intrnseco n;p

; nê^#eO n$

G) Ha-s


22/28

Propriedades da -uno &etificadora

.ig 0133, Callister 7e .ig 013D, Callister 7e


23/28

"ransistor %.$/E"

F*'.G") 'emicondutor de Bido met>lico so/ efeito de camo #metal o!i"esemi#on"u#tor $iel" e$$e#t transistor$


0iasing1 2 polari'ao


24/28

Circuito Integrado

Circuitos integrados R estado da arte A; 52 nm deesessura das lin9asR 0 F/_te #a#he on %oar"R 022,222,222 comonentes no #hipR #hipformado camada or camada

-l o &condutor(

.ig 013E, Callister &e


25/28

Cer3micas /erroeltricasCer3micas /erroeltricasso diolares a/aio da "C; 032`C4temperatura Curie 0"C(, acima da qual a su/stIncia ferromagntica se comorta como

aramagntica5

7esfriada a/aio da "Cem um forte camo eltrico, roduz+se um material com forte momentode diolo

.ig 01D5, Callister 7e


26/28

%ateriais Pie'eltricos

Gmreouso

comressoinduz voltagem

oltagem alicadainduz eanso

.ig 01DE, Callister 7e

PiezeletricidadeR alicao de resso roduz corrente


27/28

Condutividadee resistividade,eltricas, so)

++ arImetros #roriedades$ dos materiais ++ indeendem da geometria

7esistnciaeltrica ) ++ um arImetro deendente da geometria do material

Condutores, semicondutores, e isolantes ++ diferem entre si no acesso dos estados de energia elos eltrons de

conduo

Para metais, a condutividade aumentada or) ++ reducing deformation ++ reducing imerfections ++ decreasing temerature

Para semicondutores uros, a condutividade aumentada or) ++ aumento da temeratura ++ doagem #e, adio de ao 'i#tio+p$ ou Pto 'i#tio+n$

&esumo da aula


28/28

&E$P.+DE& +. C6DE&+.

7* . 8ue Condutividade Eltrica9

* . 8ue &esistividade Eltrica 9

;* Como se comportam os materiais frente aaplicao de um campo eltrico 9

ual energia deve ser cedida para a conduo 9

?* . 8ue so semicondutores 9

@* . 8ue so semicondutores intr(nsecos 9

A* . 8ue so semicondutores extr(nsecos 9

B* . 8ue um dispositivo de uno tiporetificador 9

7* "radu'ir 0%.$/E"1*

Documents

Pro Prie Eletric As