2014 AULA 05 SEMICONDUTORES PARTE I

Semicondutores: Parte I
Prof. Carlos Augusto de Moraes Cruz
UFAM-FT-DETEC 2014/2

AGENDA
- Modelos para Semicondutores

- Propriedades dos Portadores
- Semicondutores Extrínsecos
- Distribuição de Estados e Portadores nas Bandas
- Concentração de Portadores em Equilíbrio
- Variação do Nível de Fermi com Dopagem e Temperatura

- Ação de Portadores
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Semicondutores

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Modelos para Semicondutores

Shockley 1950

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Propriedades dos Portadores
1-Massa efetiva dos portadores (Teoria de Band)
2-Concentração intrínseca de portadores (elétrons e lacunas) elé . n cm 3

lac. p cm 3

Geração termica de portadores T>>0K (Material Intrínseco)

ni = concentração de portadores de um material intrínseco
(ni = n = p)
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Propriedades dos Portadores
Taxa de Geração de Portadores
G  f T , EG 

Gereração Térmica  Recombinação de Portadores
R   .n. p

O processo de recombinação depende da probabilidade de um par elétron e lacuna se encontrarem e o elétron decair para o estado da lacuna.

Depois de determinado tempo em dada temperatura:
R   .n. p  G  f T , EG 
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Propriedades dos Portadores

(Sze 1981)
R   .n. p  G  f T , EG 

Si - densidade atômica 5 x 1022 cm-3, densidade de ligações covalentes 4 vezes maior 2 x 1023 cm-3. ni/(2 x 1023)≈ 10-13.

GaAs - este número é de aproximadamente 10-17.

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Semicondutores Extrínsecos
Si e Ge - dopagem com elementos: IIIA e VA.
GaAs e similares - dopagem com elementos: II, IV e VI

n. p  n

2 i Si – D: VA (P, As e Sb); A: IIIA (B, Al, Ga e In).
A neutralidade de cargas do material é preservada.
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Semicondutores Extrínsecos mq 4
E1   2 2  13,6eV
8 0 h

ED  

m q 4

24 r , Si 0 

2

m 1 m 1
 13.6  0.1eV

EH 
2
2 m  r , Si m  r , Si

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Semicondutores Extrínsecos

À temperatura ambiente podemos considerar que todos os átomos doadores e aceitadores estejam ionizados.
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Dist. de Estados e Portadores nas Bandas para E ≤ EV gV E  

para E ≥ Ec

mp 2mp EV  E 