Junção pn: Conceitos e Aplicações em Dispositivos Eletrônicos, Resumos de Dispositivos Semicondutores

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Dispositivos Eletrônicos I

Semicondutores Instituto Federal Catarinense Campus Blumenau Curso de Engenharia Elétrica Professor Damian Larsen Bogo

Junção pn

• Vimos na aula passada o conceito de semicondutores, e agora estamos prontos para analisar nossa primeira estrutura prática semicondutora, a junção pn.

Junção pn – Circuito em Aberto

• Em virtude de a quantidade das lacunas serem maiores no lado p e menores no lado n essas lacunas migram do lado p para o lado n através da junção_._
• De forma similar elétrons migram pela junção do lado n para o lado p.
• Esses movimentos juntos recebem o nome de Corrente de Difusão de Majoritários , 𝐼 𝐷 , cuja a direção é do lado p para o lado n.

Junção pn – Circuito em Aberto

• As lacunas que atravessam a junção logo se combinam com os elétrons livres do outro lado e logo desaparecem. Esse mesmo processo causa o desaparecimento de elétrons no material tipo n. Porém algumas cargas positivas não serão neutralizadas pelos elétrons livres, essas cargas ficarão descobertas.

Junção pn – Circuito em Aberto

• Essa região é chamada de Região de Depleção.
• A carga nos dois lados da região de depleção causa um campo elétrico 𝐸 que poderá ser observado na figura a seguir.
• Essa tensão gerada na região de depleção funciona como uma barreira que precisa ser vencida para que as lacunas difundam no lado n e para que os elétrons difundam no lado p.

Junção pn – Circuito em Aberto

Junção pn – Circuito em Aberto

• Onde 𝑁 𝐴 e 𝑁 𝐷 são as concentrações de dopagem.
• 𝑉 0 então é dependente das concentrações de dopagem e da temperatura. Usualmente, para o silício a temperatura ambiente, 𝑉 0 fica entre 0 , 6 V e 0 , 9 V

Junção pn – Circuito em Aberto

• Comprimento da região de depleção (na prática temos 𝑁 𝐴

𝐷

Junção pn – Circuito em Aberto

Junção pn – Circuito em Aberto

• Os dois lados possuem a mesma carga, que são escritas como 𝑄 +

𝑛

𝐷 𝑄 −

𝑝

𝐴 Logo, 𝑞𝐴𝑥 𝑛

𝐷

𝑝

𝐴

Junção pn – Circuito em Aberto

• Onde 𝜖 𝑆 é a permissividade do silício, que vale 𝜖 𝑆

= 1 , 04 × 10

− 12 𝐹/𝑐𝑚. O resultado típico de 𝑊 é entre 0 , 1 μ𝑚 a 1 μ𝑚

• Para obtermos 𝑥 𝑛 e 𝑥 𝑝 em função do 𝑊 temos: 𝑥 𝑛

𝐴 𝑁 𝐴

𝐷 𝑥 𝑝

𝐷 𝑁 𝐴

𝐷

Junção pn – Circuito em Aberto

• A carga acumulada nos dois lados da depleção pode ser expressa da seguinte forma: 𝑄 𝐽

− 𝑄 𝐽

𝐴

𝐷 𝑁 𝐴

𝐷

𝐽

𝑆

𝐴

𝐷 𝑁 𝐴

𝐷

0

Junção pn – Com aplicação de Tensão

Junção pn – Com aplicação de Tensão

• No caso do circuito aberto temos uma barreira de tensão 𝑉 0 e temos que a corrente 𝐼 𝐷 igual a 𝐼 𝑆 , resultando numa corrente nula.
• Polarização Reversa :
  • Considerando caso da polarização reversa, a tensão 𝑉𝑅 é posicionada de forma a aumentar a tensão de barreira (𝑉 0 + 𝑉 𝑅 ). O resultado disso é que a corrente 𝐼 𝐷 cai drasticamente (≈ 0 ) e a corrente através da junção será igual a 𝐼 𝑆