aula_07_diodos
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Materiais semicondutores
Professor Wilian Soares Lacerda
São materiais que possuem um nível de resistividade (\u3c1)
entre os extremos de um isolante e um condutor.
A
L
R .\u3c1=
Materiais semicondutores
Material \u3c1\u3c1\u3c1\u3c1
Condutor 10-6\u2126.cm (cobre, ferro, prata)
Semicondutor 50\u2126.cm (germânio), 10k\u2126.cm (silício)
Isolante 1012\u2126.cm (mica, cerâmica, madeira)
Átomo de silício (modelo de Bohr):
É o material composto apenas por átomos semicondutores
de mesmo tipo. Exemplo: cristal de silício.
Cristal semicondutor (material intrínseco)
+
elétron
núcleo
Banda de 
valência
Obs:
\u2022 Quanto maior a órbita de um elétron, maior a sua energia.
\u2022 Para um elétron pular para uma órbita maior, ele deve receber 
energia (calor, luz, radiação).
\u2022 Para um elétron pular para uma órbita menor, ele deve liberar 
energia.
Simbologia:
Si-
-
-
-
átomo
Elétron de 
valência
Obs.: 4 elétrons na camada de valência (átomo tetravalente).
Ligação covalente
É a força que mantém juntos os átomos de um cristal através
do compartilhamento de elétrons. A ligação covalente entre
átomos de silício formam o cristal semicondutor. Cada átomo
compartilha seus elétrons da camada de valência,
completando a camada com 8 elétrons (lei da estabilidade).completando a camada com 8 elétrons (lei da estabilidade).
Si-
-
-
-
Si-
-
-
-
Si-
-
-
-
Si-
-
-
-
Si-
-
-
-
Ligação
covalente
Semicondutor intrínseco
\u2022 É o cristal semicondutor puro.
\u2022 Qualquer elétron da camada de valência pode absorver
energia (térmica, luz, radiação) e se tornar um elétron livre,
diminuindo a resistência elétrica do semicondutor.
\u2022 Na temperatura ambiente alguns elétrons de valência
alcançam a banda de condução, onde podem formar corrente
elétrica.
\u2022 O espaço vago deixado pelo elétron na banda de valência é
chamado de lacuna.
\u2022 O tempo entre a criação e o desaparecimento de um par
elétron-lacuna é chamado tempo de vida.
\u2022 Um semicondutor pode conduzir corrente pelo movimento de
elétrons na banda de condução ou pelo movimento de
lacunas na banda de valência.
-
Ligação
Si-
-
-
-
Si-
-
-
-
Si-
-
-
Si-
-
-
-
Si
-
-
-
-
covalente 
rompida
Elétron livre
(banda de 
condução)
Buraco ou 
lacuna (+)
Coeficiente de temperatura
\u2022 Positivo: nos metais, ao aumentar a temperatura, aumenta a
vibração entre os átomos e por isso dificulta a circulação dos
elétrons livres, aumentando a sua resistência elétrica.
\u2022 Negativo: nos semicondutores, ao aumentar a temperatura,\u2022 Negativo: nos semicondutores, ao aumentar a temperatura,
mais elétrons da camada de valência conseguirão quebrar as
ligações covalentes, tornando-se elétrons livres, portadores
de carga, diminuindo a resistência elétrica.
Semicondutor extrínseco
\u2022 É o cristal semicondutor com impurezas \u2022 É o cristal semicondutor com impurezas 
(átomos de outro tipo).
Semicondutor tipo N 
(material extrínseco tipo N)
É o cristal semicondutor dopado com átomos (impurezas)
pentavalentes (5 elétrons na camada de valência).
Exemplo: Antimônio (Sb), Fósforo (P)
Na ligação entre o átomo de silício e o átomo pentavalente,
sobra um elétron que vai para a banda de condução.sobra um elétron que vai para a banda de condução.
Si-
-
-
-
P-
-
-
-
Si-
-
-
-
Si-
-
-
-
Si
- -
-
-
Ligação
covalente 
Elétron livre 
(portador 
majoritário)
-
Simbologia: 
+ -
Elétron livreÍon positivo
Obs.:
\u2022 A estrutura continua eletricamente neutra.
\u2022 Portador majoritário: elétron.
\u2022 Portador minoritário (gerado termicamente): lacuna (buraco).
Semicondutor tipo P 
(material extrínseco tipo P)
\u2022 É o cristal semicondutor dopado com átomos trivalentes (3
elétrons na camada de valência). Exemplo: Boro (B)
-
Ligação
Si-
-
-
-
B-
-
+
-
Si-
-
-
Si-
-
-
-
Si
-
-
-
Ligação
covalente 
incompleta
Buraco ou lacuna 
(portador majoritário)
-
\u2022 Na ligação entre o átomo de silício e o átomo trivalente, aparece
uma lacuna na banda de valência.
\u2022 Quanto maior o nível de dopagem, menor será a resistência elétrica
do material semicondutor.
Simbologia:
Buraco ou lacunaÍon negativo
Obs.:
\u2022 A estrutura continua eletricamente neutra.
\u2022 Portador majoritário: lacuna (buraco).
\u2022 Portador minoritário (gerado termicamente): elétron.
-
+
Junção PN (diodo semicondutor)
É constituído pelo contato entre um bloco de semicondutor
tipo P e um bloco de semicondutor tipo N.
1 - Antes da junção:
Material tipo P: Material tipo N:Material tipo P: Material tipo N:
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
2 - Logo após a junção:
Material tipo P: Material tipo N:
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
-
-
+
-
-
+
-
+
-
-
+
- + +
+
-
+
-
+
+
-
+
-
+
3 - Transcorrido um intervalo de tempo após a junção:
Material tipo P: Material tipo N:
-
+
+ +
-
+
- - + +
-
+
-
-
+
-
-
-
+
-
-
+
-
-
-
- + +
+ +
+
+
-
+
-
+
Região de depleção (sem portadores) ou
Barreira de potencial
Constituição do diodo:
P N
terminalcontato
catodoanodo
Símbolo do diodo:
anodo catodo
Polarização reversa do diodo:
-
+
- - - + + + +
-
P N
-
+
-
+
-
- -
-
-
- + +
+ +
+
+ +
-
+
-
Região de depleção (sem portadores) ou
Barreira de potencial
Obs.:
\u2022 Não há fluxo de portadores majoritários (Id = 0A)
\u2022 Há um pequeno fluxo de portadores minoritários (corrente de
saturação reversa: Is \u2248 0A)
Simbologia:Simbologia:
IsId
Polarização direta do diodo:
-
+
+
- - - + + + +
-
P N
+ +
+ +
--
-
+
-
+
-
- -
-
-
- + +
+ +
+
+ +
-
+
-
Região de depleção (sem portadores) ou
Barreira de potencial
+ +
+ + -
-
-
-
Obs.:
\u2022 Grande corrente direta (Id > 0A).
Simbologia:
Id
Curva característica do diodo:
Ge Si
Id
GeSi
Vd0,7V0,3V
VBRVBR
Circuito de teste:
Id
R
Vf
Vf (Si) = 0,7V Is (Si) = nA
Vf (Ge) = 0,3V Is (Ge) = µA
Vd
Silício X Germânio:
Diodo ideal (chave estática):
\u2022 Polarizado reversamente (chave aberta):
Id=0A
Vd<0V
\u2022 Polarizado diretamente (chave fechada):
Id>0A
Vd=0V
\u2022 Curva característica do diodo ideal:
Id Chave 
fechada
Chave 
aberta
Vd
Efeito avalanche:
O potencial de polarização reverso pode fazer com que
portadores minoritários, responsáveis pela corrente de
saturação reversa (Is), aumentem a sua velocidade e liberem
portadores adicionais através das colisões com as estruturas
atômicas, que podem por sua vez liberar outros portadores.
Id
Vd
TPI
Vz
Região 
zener
Ruptura Zener:
Quando o nível de dopagem nos materiais P e N são altos, um 
forte campo elétrico reverso na região de junção pode 
quebrar as ligações gerando portadores (elétrons e lacunas), 
gerando uma alta corrente reversa pelo diodo. 
O diodo zener é um tipo especial de diodo que é fabricado 
para funcionar na região zener da curva característica.para funcionar na região zener da curva característica.
Símbolo do diodo zener:
anodo catodo
Efeito da temperatura
\u2022 A cada aumento de 10oC na temperatura, o diodo polarizado
reversamente tem a sua corrente de saturação reversa
dobradadobrada
Circuito equivalente aproximado do diodo real
\u2022 Polarizado diretamente:
Diodo ideal
0,7V
Diodo ideal
0,7V
Id > 0A
Vd = 0,7V
Polarizado reversamente:
Diodo ideal
Id = 0A
Vd < 0V
Curva característica:
Id Polarizado 
diretamente
Vd
Polarizado 
reversamente
0,7V
Circuito equivalente do diodo zener
\u2022 Polarizado reversamente:
Real Equivalente
Vz
Iz
Iz
Vz
Diodo emissor de luz (LED)
São diodos que emitem luz quando diretamente polarizados.
Utilizam o fosfeto de arsenieto de gálio (GaAsP) como
material semicondutor.
Símbolo:
Características elétricas:
Id = 10mA
Vd = 2,5V