semicodutores

1. DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES
1.1 Introdução: dispositivos eletrônicos
Fisicamente, são estruturas cujo comportamento elétrico predominante depende: das PROPRIEDADES DOS MATERIAIS E DAS INTERFACES
Placas metálicas

dos PARÂMETROS GEOMÉTRICOS CONSTRUTIVOS
Por exemplo, uma estrutura formada por uma camada de material homogêneo, com seção reta uniforme e delimitada nas extremidades por dois eletrodos metálicos, pode corresponder à implementação de um dispositivo.

A

material
(σ, ε) d ~

+

v(t)

CAPACITOR
RESISTOR

Material é um ISOLANTE com permissividade ε
Material é um CONDUTOR com resistividade ρ

A d d
R=ρ
A

C =ε

O dispositivo realmente possuirá capacitância e resistência num “modelo equivalente”.

1.2 Junções p-n
Estão presentes na grande maioria dos dispositivos semicondutores.
São constituídas por materiais semicondutores extrínsecos de naturezas opostas, em contato direto, determinando uma interface com propriedades físicas notáveis.

Vo

Dispositivos eletrônicos de junção p-n

Estrutura de Bandas da Junção p-n

CONSEQÜÊNCIA: a redistribuição das populações dos portadores dá origem a campos eletrostáticos internos no equilíbrio térmico, cujas propriedades podem ser exploradas.

Placas metálicas

HIPÓTESES:
1) Problema 1-D .
2) Junção abrupta .
3) Monocristal (homojunção) .

A

n

p

i(t)

p

+

Junção ABRUPTA

Materiais SEPARADOS

n

v(t)

n

p

~
Na - - Nd +

0
Bandas de energia

EC
EV

EFn
EFp

EC

EC

EV

EV

EF
?

EF

EC
EV

x

SEMICONDUTOR EXTRÍNSECO: aquele que contém átomos doadores/aceitadores.

Silício Intrínseco

Silício tipo-p

dopagem

Silício tipo-n

CAMPOS ELETROSTÁTICOS INTERNOS
Para calcular E na R.D. é preciso obter a variação do potencial eletrostático, φ(x):

r r E = −∇φ
Inversamente, φ(x) pode ser obtido a partir da intensidade do campo, E(x): x r
ˆ
φ ( x) = − E ( x) • xdx

∫
∞

Def.: