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Semiconductors, key materials in electronics, exhibit unique properties as their temperature changes. At absolute zero, they act as insulators, but their conductivity increases with temperature. This text explores various semiconductor types like III-V and II-VI, such as GaAs, InP, and Si, along with their crystalline structures. It delves into electrical conduction mechanisms, including Brownian motion, and the impact of doping on electronic properties. Understanding the band structure and carrier concentration provides insights into semiconductor function, critical for optoelectronics and electronic devices.
E N D
Semiconductors Semiconductors are insulators at 0 K and as the temperature rises their conductivity increases. s = ne2t/m* Eg Eg Insulator Metal Semiconductor
IV, III-V, II-VI Semiconductors GaAs, AlAs, InAs, InP, GaP, AlP, InN, GaN, AlN, InSb, GaSb, AlSb and ternaries and quaternaries. AxB1-xCyD1-y
C, Si ou Ge Usados para eletrônica... Rede cristalina do diamante, do silício e do germânio Rede cúbica de face centrada Rede do diamante Duas redes transladadas de ¼ da diagonal central Cada átomo está ligado a 4 outros
Tabela periódica dos elementos III IV V
... e na opto-eletrônica Rede cristalina do GaAs, InP, AlGaAs, InAlAs... Rede Zincblend Ga, In, Al As, P
Como ocorre a condução elétrica? Movimento browniano (saltador de obstáculos) a= dv/dt F = m*a = m* dv/dt = qE a = qE/m* vd = a t = qE t/m* J= nqvd = nq2E t/m* = sE Lei de Ohm I/A = sV/L V= (L/sA) I
Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Elétrons ligados (BV) Qual a energia necessária para liberar estes elétrons?
Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Elétrons livre (BC) Falta de 1 elétron “buraco”
E= hc/l E= 1240 /l (eV/nm) E= 1,24 /l (eV/mm)
AlAs GaP InP InAs GaxAl1-xAs InxGa1-xP InxGa1-xAs InxAl1-xAs GaAs
Semicondutores BC BC Eg Eg Energia do elétron Energia do elétron BV BV Posição Posição Eg pequeno Facilidade para elétrons saírem da BV para a BC Temperaturae luz Probabilidade: exp(-Eg/kT)
Mecanismos de condução diferentes Aumento no número de portadores de carga r - T r + T O aumento das vibrações cristalinas dificulta a passagem do elétron r = m/ne2t
Nível de Fermi f(E) = 1/(1 + exp((E-EF)/kT)) BC T = 0K T ≠ 0K EF 1 f(E) BV Material intrínseco EF Energia
Dopagem p e n • Dopagem n se introduz um elemento com 1 elétron a mais que o átomo a ser substituído. Exemplos: P no lugar de Si, Si no lugar de Ga, S no lugar de As. As impurezas passam a se denominadas doadoras. Haverá um excesso de elétrons para condução. • Dopagem p se introduz um elemento com 1 elétron a menos que o átomo a ser substituído. Exemplos: B no lugar de Si, Si no lugar de As, Zn no lugar de Ga. As impurezas passam a se denominadas aceitadoras. Haverá um excesso de buracos para condução.
Dopagem p e n Em relação ao Si: III IV V Si – Ne + 3s2 3p2 B: He + 3s2 3p1 menos um elétron (grupo III) – tipo p As: Ar + 3s2 3p3 mais um elétron (grupo V) – tipo n
Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Impureza doadora “Sobra” 1 elétron As Qual a energia necessária para liberar este elétron?
Material tipo n BC BC + Ed Ed Energia do elétron Energia do elétron BV BV Posição Posição Do + Ed = D+ + e-
Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Impureza aceitadora “Falta” 1 elétron B Qual a energia necessária para liberar este elétron?
Material tipo p BC BC Energia do elétron Energia do elétron - Ea Ea BV BV Posição Posição Ao + Ea = A- + h+
