dispositivos semicondutores

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Dispositivos Semicondutores

Carlos Alberto dos SantosProfessor Visitante

Departamento de Ciências Exatas e NaturaisUniv. Federal Federal Rural do Semi-Árido

Mestrado Nacional Profissional de Ensino de FísicaDisciplina: Física Contemporânea

carlos.alberto@ufersa.edu.brcas.ufrgs@gmail.com

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A junção p-n

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

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Diodos de junção p-n

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Diodos de junção p-n: LED azul

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A junção p-n

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Região de carga

espacial

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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.

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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.

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Corrente na junção: polarização direta

Barreira de potencial

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Corrente na junção: polarização direta

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Corrente na junção: polarização direta1. 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 reversa1. 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.

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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.

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MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor

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MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor

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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

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Efeito túnel

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Efeito túnel

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Efeito túnel

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Efeito túnel

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Efeito túnel

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Efeito túnel

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Diodo túnel

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Diodo túnel

R<0

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Spintrônica

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Magnetorresistência gigante

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Magnetorresistência gigante

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Efeito túnel de spin

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Válvula de spin

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Válvula de spin

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Cabeçote de leitura magnetorresistivo

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SpinFet

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SpinFet