DIODOS

                                         JUNÇÃO PN


Quando se juntam em uma única pastilha dois materiais extrínsecos um do
tipo P e outro do tipo N forma-se uma junção PN comumente chamado de diodo. No
instante de formação o lado P tem muitas lacunas (falta de elétrons) e o lado N tem
excesso de elétrons. Devido à força de repulsão que ocorrem entre cargas
semelhantes, os elétrons em excesso migram do lado N para o lado P de forma a
ocupar as lacunas deste material. Esta migração não é infinita pois os elétrons
ocupam as lacunas do material P próximo a região de contato formando uma zona
de átomos com ligações covalentes estabilizadas (não possuindo elétrons livres ou
lacunas). Esta região de certa estabilidade é chamada de camada de depleção.

                             BARREIRA DE POTENCIAL

Além de certo ponto, a camada de depleção atua como uma barreira
impedindo a difusão de elétrons livres através da junção. A intensidade da camada
de depleção aumenta até que seja estabelecida uma estabilidade de movimento de
elétrons através da camada de depleção. A diferença de potencial através da
camada de depleção é conhecida por barreira de potencial, que para o Silício é de
0,7 V e para o Germânio é de 0,3 V.

                         JUNÇÃO PN POLARIZADA DIRETAMENTE

Na polarização direta de uma junção PN, o positivo da fonte é ligado ao

material tipo P e o negativo é ligado ao material tipo N. Quando isto acontece o

terminal negativo repele os elétrons livres do material N em direção a junção, que

por terem energia adicional podem atravessar a junção e encontrar as lacunas do

lado P. Conforme os elétrons encontram as lacunas eles se recombinam com as

lacunas sucessivamente, continuando a se deslocar para a esquerda através das

lacunas até atingirem a extremidade esquerda do material P, quando então deixam o

cristal e fluem para o pólo positivo da fonte.

                   JUNÇÃO PN POLARIZADA REVERSAMENTE

Quando se liga o pólo positivo da bateria ao lado N diz-se que a junção está

reversamente polarizada. Quando isto acontece os elétrons livres do lado N se

afastam da junção em direção ao pólo positivo da bateria; as lacunas da região P

também se afastam da região de junção, aumentando a largura da camada de

depleção. Com o aumento da tensão reversa aplicada sobre a junção, mais larga se

torna a camada de depleção. A camada só pára de aumentar quando a tensão sobre

a camada de depleção for igual a tensão da fonte. O aumento da camada de

depleção não é infinito pois na maior parte das vezes ela se rompe destruindo o

componente. Somente alguns tipos de diodos especiais podem conduzir

reversamente polarizados sem que haja danificação da junção. Quando polarizada

reversamente, uma junção PN possui uma corrente de fuga na sentido reverso

produzido pelos portadores minoritários. Os diodos de silício possuem esta corrente

muito menor que os diodos de germânio, por isto o Silício tem uso preferencial.

                                    TENSÃO DE RUPTURA

Se a tensão reversa for aumentada haverá um valor chamado de tensão de

ruptura em que o diodo retificador (feito para só conduzir em um sentido) passa a

conduzir intensamente no sentido reverso. Isto ocorre devido à liberação progressiva

de elétrons de valência causada pela corrente de fuga. Este movimento chega a um

ponto em que passa a existir uma avalanche de elétrons em direção ao pólo positivo

destruindo o componente. Diodos comerciais para retificação quase sempre possui

tensão reversa acima de 50 V. (VRRM - tensão reversa repetitiva máxima).

                                                    DIODO IDEAL

O diodo semicondutor é utilizado em uma gama muito grande de aplicações

em sistemas de eletrônica atualmente. O caso mais clássico é em circuitos

retificadores (conversores de tensão CA em tensão CC). O diodo ideal é um

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componente ilustrativo que serve para entender com facilidade o funcionamento de

um diodo real. No gráfico abaixo, no lado esquerdo da curva ocorre a polarização

reversa da junção. Supõe-se que quando operando na lado direito da curva o diodo

conduza intensamente, quando operando do lado esquerdo ele não conduza,

idealmente não possuindo corrente reversa.

DIODO REAL

O diodo real é bem diferente do diodo ideal pois apresenta uma queda de

tensão quando polarizado diretamente, além de uma corrente de fuga no quando

polarizado no sentido reverso.

A corrente de fuga possui tipicamente baixo valor e depende muito da

temperatura, necessitando por isto que se tome cuidados especiais quando for

utilizar retificadores (diodos). Existe ainda uma tensão reversa máxima que se pode

aplicar sem destruir o diodo pelo efeito de avalanche, representado pelo aumento

repentino da corrente de fuga.

MATERIAIS SEMICONDUTORES

     O termo semicondutor sugere algo entre os condutores e os isolantes, pois o
prefixo “semi” é aplicado a algo no meio, entre dois limites. A propriedade atribuída
aos semicondutores que define sua relação com isolantes e condutores é a
condutividade elétrica, que é a capacidade de conduzir cargas elétricas (corrente
elétrica) quando submetido à uma diferença de potencial elétrico (tensão elétrica). A
resistência que um material apresenta ao fluxo de uma corrente elétrica
(resistividade elétrica) é inversamente proporcional à sua condutividade elétrica.
Enfim, um semicondutor é um material que possui valores típicos de condutividade
elétrica e resistividade elétrica numa faixa entre os extremos definidos por materiais
considerados isolantes e um condutores.
    Apesar de se conhecer bastante o comportamento dos condutores e dos
isolantes, as características dos materiais semicondutores como Germânio e Silício
são relativamente novas. Em eletrônica estes dois materiais têm recebido a maior
parcela de atenção no desenvolvimento de dispositivos a semicondutores. Nos
últimos anos o uso do Silício tem aumentado muito, principalmente na fabricação de
chips para microprocessadores.
Algumas das qualidades raras do Germânio e do Silício são devidas às suas
estruturas atômicas. Os átomos de ambos os materiais formam um modelo bem
definido que se repete por natureza. Um modelo completo é chamado cristal e o
arranjo repetitivo dos átomos, de estrutura cristalina. Examinando a estrutura do
átomo em si pode-se notar como ela afeta as características do material. Quando se
analisa a estrutura do Silício e do Germânio observa-se que os dois possuem quatro
elétrons na última camada (camada de valência).
    O potencial necessário para remover qualquer elétron da camada de valência
é menor que o potencial para remover qualquer outro elétron da estrutura. Em um
cristal de Silício ou Germânio puro estão ligados a quatro outros átomos vizinhos,
conforme figura abaixo (cristal de Silício). Tanto o Silício como o Germânio são
denominados átomos tetravalentes, pois os dois possuem quatro elétrons na
camada de valência.

   O tipo de ligação química que ocorre entre átomos de semicondutores é a

ligação covalente. Na ligação covalente não há doação de elétrons de um átomo

para o outro, como ocorre na ligação entre átomos de Sódio e de Cloro, que forma o

sal (ligação iônica). As ligações covalentes são mais fracas que as ligações iônicas,

o que favorece a liberação de elétrons livres, necessários para a circulação de

corrente elétrica. A necessidade de se quebrar ligações entre átomos de

semicondutores para a liberação de elétrons, mesmo que sejam ligações fracas

(covalentes), é uma situação bem menos favorável à circulação de corrente elétrica

do que em condutores, onde a liberação de elétrons ocorre com muito mais

facilidade.

    É possível que materiais semicondutores absorvam, a partir de fontes

externas, energia suficiente para quebrar ligações covalentes, o que aumenta o

número de elétrons livres e diminui a resistividade elétrica do material. Assim sendo,

os semicondutores puros têm uma variação muito grande de sua resistividade com a

variação da temperatura, luz ou qualquer outro tipo de energia irradiante e quanto

maior for a temperatura maior será o numero de elétrons livres na camada de

valência e nos metais isto acontece ao contrário.

MATERIAIS INTRÍNSECOS E MATERIAIS EXTRÍNSECOS

Quando um material semicondutor é totalmente puro, ele é chamado de

material intrínseco e quando ele possui alguma impureza ele é chamado de material

extrínseco. Os materiais extrínsecos possuem impurezas adicionadas de propósito,

o que altera a sua estrutura atômica, alterando sua resistividade. Os materiais

extrínsecos podem ser do tipo N ou do tipo P.

 MATERIAL EXTRÍNSECO TIPO P

Quando se adiciona uma impureza do tipo trivalente (três elétrons de

valência), como o Boro, Gálio e o Índio, ao cristal puro de um material semicondutor,

o material resultante passa a ter um número insuficiente de elétrons para completar

as ligações covalentes. A vaga resultante é chamada de lacuna e é representada

por um pequeno circulo ou sinal positivo, devido a ausência de carga negativa.

Como a vaga resultante aceita facilmente um elétron livre, as impurezas

acrescentadas são átomos receptores ou aceitadores. As lacunas são chamadas

portadores majoritários de um material do tipo P, pois elas tendem a absorver

elétrons livres, o que acaba definindo um número muito maior de lacunas que de

elétrons livres no material do tipo P. Os elétrons livres eventualmente presentes em

um material do tipo P são denominados portadores minoritários de carga.

MATERIAL EXTRÍNSECO TIPO N

O material tipo N é feito através da adição de átomos que possuem cinco

elétrons na camada de valência (pentavalentes) como o Antimônio, Arsênico e o

Fósforo. Com o acréscimo destes átomos ao material intrínseco o material

resultante terá um elétron livre para cada átomo de material dopante. As impurezas

com cinco elétrons na camada de valência são chamadas de impurezas doadoras.

No material do tipo N, os portadores majoritários de carga são os elétrons (maior

número), e os minoritários são as lacunas, o contrário do que ocorre para o material

do tipo P.