Resumo

1. Resumo Semicondutores: São corpos ou substancias cuja condutividade elétrica, ao contrario do que ocorre com os condutores normais, aumenta com a temperatura. Ou seja, são condutores nas temperaturas usuais e isolantes em baixas temperaturas. A diferença na propriedade de condutividade se deve aos elétrons de Valencia. Ou seja, o numero de elétrons de Valencia definirá o potencial de condutividade do material. Nos semicondutores a corrente é devido tanto a movimentação de cargas positivas (lacunas) e cargas negativas (elétrons)

2. Bandas de energia Para grandes distâncias inter-atômicas cada átomo se comporta como átomos independentes de todos os demais. A medida que esses átomos se aproximam os elétrons sentem a ação dos eletrons dos átomos adjacentes. Essa influencia é tal que cada estado atômico distinto são pode se dividir em uma série de estados eletrônicos. Bandas de energia

3. Quatro estruturas diferentes de bandas eletrônicas são possíveis a 0K. Ef= a energia que corresponde ao estado preenchido mais alto a 0K

4. Semicondutividadeintrinseca Os semicondutores intrinsecos são aqueles em que o comportamenteo elétrico está baseado na estrutura eletrônica inerente a substancia pura. A semicondutividade nos SI, são fortemente dependente da temperatura. A condutividade elétrica é resultante da movimentação de elétrons e buracos Os semicondutores intrisecos são caracterizados por esta estrutura de banda. Espaçamento entre bandas é menor que 2 eV Uma banda de valência completamente preenchida, separada de uma banda de condução vazia, por uma zona proibida de espaçamento entre bandas de aproximadamente estreita. São pertencentes ao grupo IV da tabela periódica, e apresentam ligações covalentes

5. Obeservem que alguns materiais compostos tb exibem um comportamento intrinseco. GaAs é um exemplo.

6. Buraco eletrônico Nos SI para cada eletron excitado para a banda de condução é deixado para tras um elétron que fica faltando em uma das ligações covalentes. Um estado eletrônico vazio Sob a influencia de um campo eletrico a posição desse elétron que está faltando dentro do reticulado cristalino pode ser considerada como se estivesse se movendo pelo movimento dos outros elétrons de valencia que repetidamente preenchem a ligação incompleta. Buraco possui uma carga com a mesma magnitude daquela apresentada por um eletron + 1,6 x10^-19C

7. Expressão para condução elétrica para condutividade intrinseca Uma vez que existem dois tipos de portadores de cargas (elétrons livres e buracos) a expressão para condutividade leva em consideração a consideração da corrente de deriva ao buraco. s=n/e/µe +p/e/µb Onde: P representa o numero de buracos por metro cúbico e µb é a mobilidade do buraco. Para condutores Intrinsecos n=p = n/e/(e+b) = p/e/(e+b)

8. EXERCICIO Para o silício intrínseco, a condutividade elétrica a temperatura ambiente é de as mobilidades dos elétrons e dos buracos são, respectivamente, de 0,14 e 0,048 m^2/V-s . Calcule as concentrações de elétrons e de buracos a temperatura ambiente.

9. Semiconduçãoextrinseca O comportamento elétrico é determinado pelas impurezas, as quais, introduzem excessos de elétrons e buracos. Todos os semicondutores comerciais são extrínsecos Existem dois tipos de semicondutores extrinsecos: Tipo n e Tipo P; Ex. Tipo N Consideremos um condutor elementar de Si (4 eletrons na camada de valencia). O Si se liga covalentemente a 4 eletrons adjacentes de Si. Supondo que seja adicionado um átomo de impureza de valencia 5 (P, As, Sb) A energia de ligação do elétron adicional é 0,01 eV Ele se tornará um elétron livre ou de condução. Átomo de impureza

10. Para cada elétron que esta fracamente ligado, existe um único nível de energia, localizado no interior da zona proibida do espaçamento entre bandas. Imediatamente abaixo da zona de condução A energia exigida para excitar o elétron desse estado de impureza para um estado dentro da banda de condução corresponde a energia de ligação do elétron. Sob a perspectiva do modelo do modelo de banda eletrônica A impureza deste tipo é chamada de doadora, pois nenhum buraco correspondente a excitação do elétron é criado dentro da banda de valencia O número de elétrons da banda de condução excede em muito o número de elétrons da banda de valência Esses são os chamados semicondutores tipo N, em virtude da concentração majoritária de elétron

12. Semiconduçãoextrínsica tipo p Ao contrário SI, tipo N, se for adicionado ao silício, impurezas substitucionais trivalentes, uma ligação covalente ao redor de cada um desses átomos fica deficiente em um elétron. Tal deficiência pode ser vista como um buraco que se encontra fracamente ligado ao átomo de impureza. elétron e buracos ficam trocando de posição e dessa forma os buracos participam do processo de condução. Grupo III A- P, B, Ga Sob a perspectiva do modelo do modelo de banda eletrônica Cada átomo de impureza desse tipo , introduz um nível de energia dentro do espaçamento entre bandas, muito próximo a banda de valência. Apenas um portador é produzido, (um buraco na banda de valência). Esta impureza chamada receptora. Pois ela é capaz de aceitar um elétron na banda de valência. Para este tipo de semi-condução extrínseca, os buracos estão presentes numa concentração mais alta do que os elétrons, PP>>nn

14. Exercício a) Fósforo é do grupo V A, e portanto contribuirá como doador

15. Variação da condutividade e da concentração de portadores com a temperatura A dependência da condutividade intrínseca, em relação a temperatura absoluta é de aproximadamente Onde C representa uma constante independente da temperatura e Ee e k são a energia do espaçamento entre bandas e a constante de Boltzmann

16. Pontos relevantes do gráfico de condutividade e da concentração versus T • A condutividade elétrica na amostra intriseca aumenta drasticamente com a temperatura; • Os valores tanto de n quanto de p para a condutividade intriseca são aumentados; • A magnitude das mobilidades dos elétrons e dos buracos são diminuem ligeiramente com a temperatura, como resultado de um espalhamento mais efetivo dos elétrons e dos buracos pelas vibrações térmicas; • A redução de Me e Mp não suplantam o aumento de n e p e há portanto aumento na condutividade. • A condutividade extrinseca também é sensível a temperatura; • A diminuição da condutividade é devido a mobilidade do buraco, neste caso específico; • A temperatura de surgimento do comportamento intriseco é elevado a medida que o teor do material dopante é aumentado.

18. Exercício Se a condutividade elétrica a temperatura ambiente (25 graus, 298K) do germânio intriseco é de 2,2 estime a sua condutividade a uma temperatura de 150 graus celcius (423 K). O valor tabelado de Ee para o germânio é de 0,67 eV A uma temperatura de 150C (423K)

19. O efeito Hall Para alguns materiais, as vezes não é possível a determinação do tipo , da concentração e da mobilidade do seu portador de cargas majoritárias, a não ser por uma medida do efeito Hall. O efeito Hall refere-se à diferença de potencial (potencial de Hall) nos lados opostos de uma fina folha de material condutor ou semicondutor na forma de uma 'barra Hall' (ou um elemento de van der Pauw) através da qual uma corrente elétrica flui, criada por um campo magnético aplicado perpendicularmente ao elemento Hall. A razão da tensão média pela intensidade de corrente é conhecida como resistência Hall, e é característica do material no elemento

20. Rh é conhecido por coeficiente hall, que é um valor constante para uma dado material Para os metais Rh é negativo e equivale a expressão ao lado. Dessa forma n pode ser medido empregando=se a equação acima e a carga do elétron é conhecida. A mobilidade do elétron é a condutividade elétrica /concentração de n e a carga do eletron.