Semicondutores – bandas de energia, dopagem e junção p–n
FísicaEletricidade e circuitosIdades 17–18
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Compare os diagramas de bandas de energia de um condutor (cobre), um semicondutor (silício, banda proibida de 1,12 eV) e um isolante (diamante, 5,5 eV) e mude a temperatura para ver o número de elétrons de condução e a condutividade do silício subirem muito depressa enquanto os do cobre caem. A tela Dopagem adiciona fósforo (doador, tipo n) ou boro (aceitador, tipo p) a uma rede de silício: mude o nível de dopagem e a temperatura e leia a densidade de elétrons n, a de lacunas p, o produto n·p = nᵢ², o nível de Fermi e a condutividade. A tela Junção p–n mostra a difusão formando a camada de depleção e uma barreira de cerca de 0,7 V, que se estreita na polarização direta e se alarga na reversa, ligada à curva I–V do diodo.
Aula: Teoria de bandas dos sólidos: condutores, semicondutores e isolantes; semicondutores tipo n e tipo p e a junção p–n
O que mostra
Em um sólido, os elétrons só podem ter energias dentro de bandas permitidas. Em um metal as bandas se sobrepõem, por isso sempre há muitos elétrons livres. No silício, uma banda proibida de 1,12 eV separa a banda de valência cheia da banda de condução vazia; o calor faz alguns elétrons atravessá-la e deixa lacunas, por isso a condutividade sobe muito com a temperatura. O fósforo fornece elétrons (tipo n), o boro deixa lacunas (tipo p), e n·p continua igual a nᵢ². Unir p e n forma uma camada de depleção com uma barreira de cerca de 0,7 V. O modelo considera todos os dopantes ionizados.
Como usar
Em Bandas de energia, mova Temperatura T e compare o cobre, o silício e o diamante e o gráfico de condutividade. Em Dopagem, escolha o Dopante e o Nível de dopagem e observe a rede, o diagrama de bandas e o gráfico de n e p; pressione Registrar para adicionar uma linha. Em Junção p–n, pressione Unir p e n e depois mova Polarização V entre reversa e direta; leia a largura da camada de depleção, a barreira e a corrente.
Parâmetros que você pode mudar
- Tela Bandas de energia, Dopagem do silício, Junção p–n
- Temperatura T 200–600 K
- Dopante Nenhum (puro), Fósforo (tipo n), Boro (tipo p)
- Nível de dopagem (log₁₀ de átomos por cm³) 13–18
- Tensão de polarização V (positiva: direta) -5–0,7 V
Perguntas para explorar
- Por que a resistividade do silício cai muito quando ele é aquecido, enquanto a do cobre aumenta?
- Por que adicionar mais fósforo ao silício diminui o número de lacunas?
- Por que a polarização reversa alarga a camada de depleção e quase não deixa passar corrente?
