diodos

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Diodos
Semicondutores
Estrutura atômica
 Os materiais semicondutores mais comuns são o silício (Si) e o
Germânio (Ge), que em estado puro apresentam-se na forma de um
cristal, significando que seus átomos acham-se dispostos
uniformemente em uma configuração rígida.
 Esses materiais são tetravalentes, ou seja, possuem 4 elétrons na órbita
de valência, conforme a figura a seguir.
Semicondutores
 Como a estabilidade é atingida com oito elétrons na
última órbita, cada átomo desses materiais faz 4
ligações covalentes com quatro átomos vizinhos,
tornando-se estáveis e dando origem a estrutura
cristalizada, conforme figura a seguir.
Semicondutores
 Da forma como se apresenta esse semicondutor, não
há corrente, pois os elétrons acham-se presos às
ligações de valência, ou seja, não há elétrons livres
para a condução.
 Para que haja corrente, é necessário romper as
ligações covalentes mediante o fornecimento de
energia suficiente para isso, nas formas de luz, calor,
etc.
Semicondutores
Geração de Pares Elétron-Lacuna
 Se houver o rompimento de uma ligação covalente,
ocorre a liberação de um elétron e o surgimento de
um espaço vazio onde ele se encontrava.
 A esse vazio damos o nome de lacuna.
 Portanto, o rompimento da ligação covalente gera
um par elétron-lacuna.
Semicondutores
 A lacuna comporta-se como uma carga positiva, pois pode se mover
de um lado a outro do cristal, sempre no sentido contrário ao
movimento do elétron.
 A figura mostra que quem realmente tem mobilidade são os elétrons
livres.
 Ao se deslocarem em direção ao potencial negativo da fonte, eles
ocupam sucessivas lacunas.
 Com isso as lacunas deslocam-se em sentido contrário, isto é, em
direção ao potencial positivo da fonte.
Processo de Dopagem nos Semicondutores
 Dopagem é o nome do processo utilizado para
constituir os semicondutores P e N por meio da
adição ao Si de quantidades bem reduzidas de
impurezas.
Processo de Dopagem nos Semicondutores
Formação do semicondutor P
 Para a formação do semicondutor P são adicionados
ao silício átomos trivalentes.
 São trivalentes os átomos que possuem três elétrons
em suas órbitas de valência, como, por exemplo, o
alumínio, o índio, o boro e o gálio.
Processo de Dopagem nos Semicondutores
 Se introduzirmos no silício, que é tetravalente, uma
pequena quantidade de material trivalente, os
elétrons dessa impureza farão ligações covalentes
com os elétrons de silício.
 A figura a seguir representa a dopagem do silício por
átomos de boro.
Processo de Dopagem nos Semicondutores
 No entanto, falta um elétron para completar a ligação em
cada átomo trivalente, pois ele colaborou apenas com
três elétrons, enquanto o silício possui quatro elétrons.
 Esta falta de um elétron comporta-se como uma carga
positiva, ou seja, uma lacuna.
 Assim, de um modo artificial, consegue-se gerar lacunas
sem gerar elétrons livres.
 Esse semicondutor com excesso de lacunas é
denominado P.
Processo de Dopagem nos Semicondutores
Formação do semicondutor N
 Para formação do semicondutor N são adicionados
ao silício átomos pentavalentes.
 São pentavalentes os átomos que possuem cinco
elétrons em suas órbitas de valência, como, por
exemplo, o fósforo e o arsênio.
Processo de Dopagem nos Semicondutores
 Se introduzirmos no silício, que é tetravalente, uma
pequena quantidade de material pentavalente, os elétrons
dessa impureza farão ligações covalentes com os elétrons
de silício.
 A figura a seguir representa a dopagem do silício por
átomos de fósforo.
Processo de Dopagem nos Semicondutores
 No entanto, há uma sobra de um elétron livre do
átomo pentavalente, pois ele não faz ligação
covalente com nenhum elétron dos átomos de silício.
 De um modo artificial, consegue-se gerar elétrons
livres sem gerar lacunas.
 Esse semicondutor com excesso de elétrons livres é
denominado N.
Junção PN - Diodo
 A união de um semicondutor P com um N pode ser
realizada de modo a constituir um cristal único.
 Esse cristal é denominado junção PN ou diodo de junção
ou anda diodo.
 No momento em que a junção desses semicondutores é
feita, inicia-se um processo de difusão de cargas, isto é, o
deslocamento de cargas de regiões de elevada
concentração para regiões de baixa concentração.
Junção PN - Diodo
 A figura a seguir mostra como este processo se desenvolve, em
que está apresentada uma junção PN não polarizada.
 O semicondutor N apresenta um grande número de elétrons e
o semicondutor P, um grande número de lacunas. Logo, ao
formar a junção PN, ocorre a difusão dos elétrons livres do
lado N para o P.
Junção PN - Diodo
 No lado N, a ausência de elétrons cria uma região de íons positivos
(cátions) próximos a junção.
 No lado P, quando os elétrons ocupam a lacunas que também encontram-
se próximas da junção (recombinação elétron-lacuna), eles criam íons
negativos (ânions).
 Durante esse processo de difusão, conforme os íons vão sendo formados, a
barreira de potencial (camada de depleção) cresce.
 Com isso o fluxo de elétrons de N para P diminui, pois os elétrons
provenientes do lado N precisam ultrapassar a barreira negativa do lado P
para continuar a recombinação.
 Desta forma, o processo de difusão cessa quando ocorre um equilíbrio de
cargas na junção.
Junção PN - Diodo
 A barreira de potencial produzida na junção no final
do processo de difusão corresponde a uma diferença
de potencial (ddp) cujo valor depende do material
semicondutor e da temperatura ambiente.
 À temperatura ambiente, a barreira de potencial vale
aproximadamente 0,6V para o semicondutor de
silício.
Junção PN - Diodo
 No diodo, o terminal do lado P é denominado anodo
(A) e o terminal do lado N é denominado catodo (K).
Polarização do diodo
Diodo reversamente polarizado
 A aplicação da tensão reversa provoca um alargamento da camada de
depleção.
 Fisicamente, ocorre que a tensão reversa externa atua de forma a impedir a
circulação de elétrons através da junção.
 O diodo polarizado reversamente comporta-se como uma resistência muito
elevada. É considerado como um circuito aberto.
Polarização do diodo
Diodo diretamente polarizado
 Nesse caso, a tensão externa ajuda os elétrons livres do lado N a vencer
a camada de depleção, assim, há facilidade para a circulação de
corrente.
 O diodo polarizado diretamente comporta-se como uma resistência
muito baixa. É considerado um curto-circuito.
Curva Característica do Diodo
 Primeiro quadrante: enquanto a tensão sobre o diodo é menor do que a
barreira de potencial (0,6V), a corrente é praticamente nula. A partir de 0,6V a
corrente cresce muito, como se o diodo estivesse em curto.
 Terceiro quadrante: a corrente reversa é muito pequena e cresce muito pouco
com o aumento de tensão. No entanto, há um valor de tensão denominado
tensão de ruptura (VRmax) que faz com que o diodo inicie um processo de
condução reversa.
Diodo Emissor de Luz - LED

LED (Light Emitting Diode): diodo emissor de luz.

Trata-se de um dispositivo opto-eletrônco que emitem luz quanto é polarizado
diretamente.

O princípio de funcionamento baseia-se na irradiação de energia eletromagnética
(produz luz) que há quando elétrons do lado N cruzam a junção e se recombinam com
lacunas do lado P.

Os LEDs utilizam elementos como o gálio (Ga), arsênio (As) e o fósforo (P) em sua
fabricação.

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