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aula_07_diodos

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Materiais semicondutores
Professor Wilian Soares Lacerda
São materiais que possuem um nível de resistividade (ρ)
entre os extremos de um isolante e um condutor.
A
L
R .ρ=
Materiais semicondutores
Material ρρρρ
Condutor 10-6Ω.cm (cobre, ferro, prata)
Semicondutor 50Ω.cm (germânio), 10kΩ.cm (silício)
Isolante 1012Ω.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:
• Quanto maior a órbita de um elétron, maior a sua energia.
• Para um elétron pular para uma órbita maior, ele deve receber 
energia (calor, luz, radiação).
• 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
• É o cristal semicondutor puro.
• Qualquer elétron da camada de valência pode absorver
energia (térmica, luz, radiação) e se tornar um elétron livre,
diminuindo a resistência elétrica do semicondutor.
• Na temperatura ambiente alguns elétrons de valência
alcançam a banda de condução, onde podem formar corrente
elétrica.
• O espaço vago deixado pelo elétron na banda de valência é
chamado de lacuna.
• O tempo entre a criação e o desaparecimento de um par
elétron-lacuna é chamado tempo de vida.
• 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
• 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.
• Negativo: nos semicondutores, ao aumentar a temperatura,• 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
• É o cristal semicondutor com impurezas • 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.:
• A estrutura continua eletricamente neutra.
• Portador majoritário: elétron.
• Portador minoritário (gerado termicamente): lacuna (buraco).
Semicondutor tipo P 
(material extrínseco tipo P)
• 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)
-
• Na ligação entre o átomo de silício e o átomo trivalente, aparece
uma lacuna na banda de valência.
• Quanto maior o nível de dopagem, menor será a resistência elétrica
do material semicondutor.
Simbologia:
Buraco ou lacunaÍon negativo
Obs.:
• A estrutura continua eletricamente neutra.
• Portador majoritário: lacuna (buraco).
• 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.:
• Não há fluxo de portadores majoritários (Id = 0A)
• Há um pequeno fluxo de portadores minoritários (corrente de
saturação reversa: Is ≈ 0A)
Simbologia:Simbologia:
IsId
Polarização direta do diodo:
-
+
+
- - - + + + +
-
P N
+ +
+ +
--
-
+
-
+
-
- -
-
-
- + +
+ +
+
+ +
-
+
-
Região de depleção (sem portadores) ou
Barreira de potencial
+ +
+ + -
-
-
-
Obs.:
• 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):
• Polarizado reversamente (chave aberta):
Id=0A
Vd<0V
• Polarizado diretamente (chave fechada):
Id>0A
Vd=0V
• 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
• 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
• 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
• 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