Aula 1 - Professora Elisabete

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AULA 2 –FÍSICA DOS SEMICONDUTORES 
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 
ELETRÔNICA 1 - ET74C -- Profª Elisabete N Moraes 
DIODO – OPERAÇÃO BÁSICA 
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Capítulo 1 do Boylestade: seções:1.1 a 1.13 
Capítulo 3 do Sedra: seções 3.1 a 3.4, 3.6 a 3.9 
Símbolo e Estrutura Interna simplificada 
P N 
Anodo - A Catodo - K 
Anodo 
 A 
Catodo
K 
Componente Prático 
OPERAÇÃO SIMPLIFICADA 
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Componente eletrônico não linear, polarizado, ou seja, funcionamento como uma 
chave eletrônica, desde que adequadamente polarizado. 
+ 
P N 
Vcc 
Chave eletrônica fechada 
Funcionamento simplificado 
a) Polarização Direta DIODO CONDUZ 
b) Polarização Reversa 
Chave eletrônica aberta - 
P N 
Vcc 
DIODO NÃO CONDUZ 
+ 
- - 
- 
+ 
+ 
ESTRUTURA ATÔMICA 
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Condutor  material que sustenta um fluxo de cargas, quando uma 
fonte de tensão , é aplicada através de seus terminais. 
Isolante  material que oferece um nível muito baixo de condutividade 
sob pressão de uma fonte de tensão aplicada. 
Semicondutor  material que possui um nível de condutividade entre 
os extremos de um isolante e um condutor. 
Valores de Resistividade Típicos
Condutor Semicondutor Isolante
ρ ≅ 10-6 Ω.cm
(cobre)
ρ ≅ 50 Ω.cm (germânio)
ρ ≅ 50 .103Ω.cm (silício)
ρ ≅ 1012 Ω.cm
(mica)
SEMICONDUTORES 
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Uma estrutura cristalina pura de silício (Si) ou germânio (Ge) possui uma rede na qual 
cada átomo é ligado a quatro átomos adjacentes por pares de elétrons. 
O cristal é quimicamente estável porque todas as camadas de valência ficam completas 
e também porque todos os elétrons de valência são retidos em uma ligação covalente, o 
cristal é um isolante. Tal cristal puro é denominado: CRISTAL INTRÍNSECO 
PROCESSO DE DOPAGEM 
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Para tornarmos o cristal um semicondutor, devemos supri-lo de portadores livres, a 
fim de proporcionar um fluxo de corrente. 
Isto é feito adicionando-se uma quantidade rigorosamente controlada de impurezas 
(elétrons ou lacunas) adequadas durante a elaboração do cristal. 
Este processo de adição de impurezas é denominado de Dopagem ou Doping. 
 A quantidade e o tipo de impurezas com as quais o cristal é dopado determinam 
suas características elétricas. 
é 
b 
Buraco ou lacuna = 
ausência carga negativa 
OU 
O cristal dopado passa 
a ser denominado de 
cristal extrínseco. 
CRISTAL TIPO N 
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Um método de dopagem, consiste na utilização de elementos contendo cinco elétrons de 
valência ou pentavalentes, como o Antimônio (Sb) , Arsênio (As) e Fósforo (P). Por 
exemplo, o antimônio é adicionado ao Si ou Ge puro fundido na razão de 1 para dez 
milhões de átomos. (1/10 000 000) 
Impureza pentavalente : 
 5é na camada de valência 
CRISTAL TIPO N 
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Os quatro elétrons do antimônio (Sb) estão seguros na ligação covalente, como o 
quinto elétron não pertence ao arranjo cristalino, a única força que une ao seu átomo 
é comparativamente fraca . 
Em temperaturas normais, a agitação térmica pode fornecer a este quinto é a energia 
cinética suficiente para superar a atração iônica, tornando-o livre para vaguear pela 
estrutura cristalina, denominado agora de elétron livre. 
Desde que este é livre foi doado ao cristal 
pelo átomo de antimônio, essa substância 
passa a ser chamada de impureza 
doadora ou pentavalente. 
élétron livre 
Sb 
CRISTAL TIPO N 
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Desta forma, a estrutura cristalina é constituída pelos portadores majoritários são os 
elétrons livres enquanto que os portadores minoritários são as lacunas. 
Há um movimento aleatório pelo cristal devido a energia recebida pela temperatura 
ambiente. 
Os íons positivos de Sb (ou cátions) não podem mover-se porque constituem a 
parte fixa da estrutura cristalina. 
CRISTAL TIPO P 
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De forma análoga à construção do cristal tipo N, tem-se a produção do cristal tipo P, ou 
seja pelo processo de dopagem de um cristal intrínseco com impurezas trivalentes ou 
receptores, como Índio (In), Gálio (Ga) , Boro (B) ou Alumínio (Al). 
A impureza trivalente ou receptora, ao entrar na estrutura cristalina procura estabelecer 
ligações covalentes com os quatro átomos do Si. A impureza trivalente permite a ligação 
covalente de 3 pares de elétrons, sendo que a quarta ligação fica incompleta. 
Esta imperfeição na ligação é 
chamada de buraco,´hole´, ou lacuna. 
Ela age como uma carga positiva, pois 
tende a atrair e capturar qualquer 
elétron disponível nas vizinhanças. 
B 
CRISTAL TIPO P 
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Os portadores majoritários são as lacunas, enquanto que os minoritários são os 
elétrons livres. De forma idêntica ao cristal tipo N, há um movimento aleatório dos 
portadores devido a energia recebida pela temperatura ambiente. 
Os íons negativos de Bo (ou ânions) não podem mover-se porque constituem a 
parte fixa da estrutura cristalina. 
AÇÃO DA TEMPERATURA 
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O número de portadores livres de corrente em um cristal semicondutor depende da 
intensidade de dopagem do cristal e do percentual de átomos ionizados da impureza. 
A razão de átomos ionizados cresce com a temperatura , portanto um aumento de 
temperatura causa um aumento na condutividade. 
Portadores 
disponíveis 
Temperatura 
DIODO SEM POLARIZAÇÃO 
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DIODO SEM POLARIZAÇÃO 
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POLARIZAÇÃO DIRETA 
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+ - 
CORRENTE DE SATURAÇÃO - IS 
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Corrente devido ao fluxo dos portadores minoritários. 
A denominação “saturação” justifica-se por se tratar de um valor que alcança o valor 
máximo rapidamente e, não mudar significativamente a intensidade com o aumento 
do potencial de polarização. 
A ordem de grandeza de Is para Si é na faixa de nA e Ge uA. 
+ - 
+ 
- 
- 
+ 
Portadores 
minoritários 
Is 
Is 
POLARIZAÇÃO REVERSA 
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+ - 
OPERAÇÃO DO DIODO IDEAL 
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Polarização Direta 
Polarização Reversa 
EXERCÍCIOS 
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	Aula 2 –FÍSICA DOS SEMICONDUTORES
	Diodo – operação básica
	Operação simplificada
	Estrutura atômica
	semicondutores
	Processo de dopagem
	cristal tipo N
	Cristal tipo N
	Cristal tipo n
	cristal tipo P
	Cristal tipo P
	Ação da temperatura
	Diodo sem polarização
	Diodo sem polarização
	Polarização direta
	Corrente de saturação - IS
	Polarização reversa
	operação do diodo ideal
	exercícios