Dispositivos semicondutores

MNPEF-UFERSA: 2016.1
Dispositivos Semicondutores
Carlos Alberto dos Santos
Professor Visitante
Departamento de Ciências Exatas e Naturais
Univ. Federal Federal Rural do Semi-Árido
Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Física
Disciplina: Física Contemporânea
carlos.alberto@ufersa.edu.br
cas.ufrgs@gmail.com

http://pt.slideshare.net/casifufrgs/
cas.ufrgs@gmail.com

A junção p-n
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Em qualquer dispositivo semicondutor existe pelo
menos uma junção p-n.

Diodos de junção p-n

Diodos de junção p-n: LED azul
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A junção p-n
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Região de
carga espacial

Formação da região de depleção
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Atenção: não há cargas livres na região de depleção. Os
elétrons estão presos aos íons negativos, e as lacunas estão
presas aos íons positivos. Essa região é como um capacitor,
daí surge o campo eletrostático.

Formação da região de depleção
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1. No semicondutor tipo-N os portadores majoritários, elétrons,
migram para a interface e se combinam com as lacunas no
supercondutor tipo-P. Esta parte do semicondutor P fica
negativamente ionizada.
2. Como os elétrons próximos à interface abandonaram o
semicondutor N, sua camada na junção fica positivamente
carregada, ou seja com excesso de íons positivos.
3. Como elétrons e lacunas combinam-se na interface, essa
parte da junção é conhecida como região de depleção.
4. Ela tem propriedades similares às de um capacitor. Forma-
se, portanto, uma barreira de potencial.

Corrente na junção: polarização direta
Barreira de
potencial

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1. Do terminal negativo saem elétrons em direção à
junção no lado do semicondutor N.
2. O terminal positivo remove elétrons do
semicondutor P, deixando lacunas que migram
para a interface.
3. Se a voltagem da bateria for superior à barreira de
potencial da junção, elétrons e lacunas se
aniquilam e abrem espaço para mais elétrons e
lacunas. É assim que surge a corrente.
4. A região de depleção fica mais estreita.
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Corrente na junção: polarização reversa
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Corrente na junção: polarização reversa
1. Os portadores majoritários de ambos os lados são
atraídos para os terminais da bateria.
2. Isso implica em região de depleção mais larga e
barreira de potencial maior.
3. Como não há recombinação de elétrons e buracos,
também não há corrente no circuito, a não ser uma
pequena corrente de fuga, devido a imperfeições na
junção.
4. Eventualmente, elétrons e lacunas penetram na
região de depleção e são fortemente acelerados. Ao
chocarem-se com átomos nessa região, iniciam
uma avalanche que origina a corrente de ruptura.

Corrente na junção polarizada
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Parâmetros físicos do diodo PN
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1. Barreira de potencial do Si: 0,6-0,7 Volt.
2. Barreira de potencial do Ge: 0,2 Volt.
3. Corrente direta: < 100 mA para pequenos diodos,
até milhares de A para diodos de potência.
4. Corrente de fuga (reversa): 1 mA.
5. Voltagem de ruptura: 50-800 Volt.

MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor

Funcionamento do MOSFET
1. Par de junções PN em ordem inversa.
2. Voltagem entre fonte e dreno não causa corrente.
Uma junção estará com polarização reversa.
3. V>0 na porta, em relação à fonte, cria o canal.
4. V>0 no dreno, em relação à fonte, produz corrente
através do canal.

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MOSFETs antigos

Efeito túnel

Diodo túnel

Magnetorresistência gigante

Efeito túnel de spin

Válvula de spin

Cabeçote de leitura magnetorresistivo

SpinFet

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