Para Entregar Exsemicond

EXERCÍCIOS DE ELETRÔNICA 1) Quanto à condução de corrente elétrica um material pode ser condutor, isolante ou semicondutor. Descreva cada uma destas classes de materiais. 2) O que se entende por rede cristalina? E por uma ligação covalente? 3) O que é um material semicondutor puro, ou intrínseco? 4) Por que em um material semicondutor intrínseco o número de elétrons livres é igual ao de lacunas? 5) O que são impurezas doadoras? E o que são impurezas aceitadoras? 6) O que é um material semicondutor impuro ou extrínseco? 7) Qual é o portador majoritário em um material tipo P? 8) O que é um material semicondutor tipo N? 9) Quais são os modos de geração de um elétron livre em um material semicondutor tipo N? 10) Quais são os modos de geração de uma lacuna num material semicondutor tipo P? 11) O que é uma junção PN? 12) Descreva como são formadas a região de depleção e a barreira de potencial em uma junção PN? 13) Defina: (i) Semicondutor intrínseco; (ii) Semicondutor extrínseco; (iii) Dopagem; (iv) Barreira de potencial; (v) Material tipo N e (vi) Material tipo P. 14) Para os testes que se seguem, selecione a alternativa correta: (i) Um semicondutor intrínseco tem algumas lacunas na temperatura ambiente. O que originou essas lacunas? a) A dopagem b) Os elétrons livres c) A energia térmica d) Os elétrons de valência (ii) Em um semicondutor intrínseco, o número de elétrons livres é: a) Igual ao número de lacunas b) Maior que o número de lacunas c) Menor que o número de lacunas d) nda (iii) Em um semicondutor intrínseco na temperatura de zero absoluto temos: a)Alguns elétrons livres b) Muitos elétrons livres c) muitas lacunas d) Não tem lacunas nem elétrons livres

1

(iv) Para obtermos um semicondutor do tipo P devemos acrescentar impurezas cujos átomos sejam: a) monovalentes b) tetravalentes c) trivalentes d) pentavalentes (v) Em qual tipo de semicondutor as lacunas são portadores minoritários: a) Extrínseco b) Intrínseco c) Tipo N d) Tipo P (vi) Quando uma substância pentavalente é acrescida a um cristal semicondutor haverá um comportamento de elétrons que resultará em: a) falta de elétrons b) Excesso de elétrons livres c) distribuição do cristal d) formação de lacunas 15) Para os testes que se seguem, selecione a alternativa errada. a) b) c) d)

e)

(i) Diodo semicondutor é um dispositivo ou componente eletrônico composto de cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes gases durante sua formação. O diodo é o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica. Utilizam-se dopagens tipo P e N num diodo semicondutor. A dopagem num diodo é feita pela introdução de elementos dentro de cristais tetravalentes, normalmente feitos de silício e germânio. Dopando esses cristais com elementos trivalentes, resultaram átomos com sete elétrons na camada de valência, que necessitam de mais um elétron para a neutralização (cristal N). Dopando-se os cristais tetravalentes com elementos pentavalentes, resultam átomos neutralizados (com oito elétrons na camada de valência) e um elétron excedente.

(ii) a) Quanto maior a intensidade da dopagem, maior será a condutibilidade dos cristais, pois suas estruturas apresentarão um número maior de portadores livres (lacunas e elétrons livres). b) Outro fator que influencia na condução desses materiais é a temperatura. Quanto maior for sua temperatura, maior será a condutibilidade pelo fato de que a energia térmica ter a capacidade de quebrar algumas ligações covalentes da estrutura se desfaçam, acarretando no aparecimento de mais portadores livres para a condução. c) Depois de dopados, os cristais P e N são caracterizadas como sendo regiões de condução de corrente elétrica, respectivamente com excesso de elétrons livres e com excesso de lacunas - falta de elétron em camada externa (ou de valência). d) Da mesma forma que os elétrons livres do cristal P se movimentam, as cargas positivas ou lacunas (buracos) conduzem corrente elétrica, pois quando uma lacuna, de um primeiro átomo, é ocupada 2

(aniquilada) por um elétron proveniente de um outro átomo então uma lacuna é criada neste segundo átomo. Assim, parece que houve um movimento da lacuna do segundo para o primeiro átomo. e) nda. a) b)

c) d) e)

(iii) Entre as regiões P e N de um diodo semicondutor existe uma região de cargas fixas na rede cristalina denominada região de depleção. As cargas fixas da região de depleção se formam porque alguns elétrons livres do material tipo N se difundem pela junção e entram em combinação com algumas lacunas do material tipo P, e reciprocamente, algumas lacunas se difundem pela junção e entram em combinação com alguns elétrons do material do tipo N. Com a passagem de lacunas ( elétrons livres ) para a camada N ( P ), gera-se um pequeno potencial elétrico entre as camadas P e N. Tal potencial se opõe a passagem de novos portadores entre as duas camadas sendo denominado de barreira de potencial. A barreira de potencial pode chegar aproximadamente a 0,3 V nos diodos de Silício e 0,7 V nos diodos de Germânio. nda.

(iv) a) A polarização do diodo é dependente da polarização da fonte geradora. A polarização é direta quando o pólo positivo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal P(chamado de anodo) e o pólo negativo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal N(chamado de catodo). b) Se na polarização é direta de um diodo semicondutor a tensão da fonte geradora for maior que a tensão interna do diodo, os portadores livres conseguiram ultrapassar a junção P-N, ocorrendo a passagem de corrente elétrica. c) Na polarização indireta a barreira de potencial da junção PN é “reforçada” impedindo mais ainda a passagem de portadores através desta junção. d) O bloqueio de corrente elétrica no diodo (polarização inversa) não é total devido aos portadores minoritários, sendo, portanto a corrente resultante (corrente de fuga) de baixíssimo valor (≈µA). e) nda. a) b) c)

d) e)

(v) O fenômeno da condutividade em um só sentido é aproveitado como um chaveamento da corrente elétrica para a retificação de sinais senoidais. Os retificadores são circuitos elétricos que convertem a tensão CC em tensão CA. Os diodos são projetados para assumir diferentes características: diodos retificadores são capazes de conduzir altas correntes elétricas em baixa freqüência, diodos de sinal caracterizam-se por retificar sinais de alta freqüência, diodos de chaveamento são indicados na condução de altas correntes em circuitos chaveados. Dependendo das características dos materiais e dopagem dos semicondutores há uma gama de dispositivos eletrônicos variantes do diodo: diodo retificador, diodo de sinal, diodo Zener, diodo Schottky, diodo túnel, diodo emissor de luz, Varicap, SCR e outros. nda.

3