Band formation
Semiconductors
Semiconductors are insulators at 0 K
and as the temperature rises their
conductivity increases.
s = ne2t/m*
Metal
Insulator
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
Usados para eletrônica...
Rede cristalina do diamante, do silício e do germânio
Rede do diamante
C, Si ou Ge
Cada átomo está ligado a 4 outros
Rede cúbica de face centrada
Duas redes transladadas de
¼ da diagonal central
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
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Elétrons ligados
(BV)
Si
Si
Si
Qual a energia necessária para liberar estes elétrons?
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Elétrons livre
(BC)
Si
Si
Si
Falta de 1 elétron
“buraco”
Si
Si
Si
E= hc/l
E= 1240 /l (eV/nm)
E= 1,24 /l (eV/mm)
GaP
InxGa1-xP
AlAs
GaxAl1-xAs
GaAs
InP
InxGa1-xAs
InAs
InxAl1-xAs
Semicondutores
BC
Energia do elétron
Energia do elétron
BC
Eg
Eg
BV
Posição
Eg pequeno
Probabilidade: exp(-Eg/kT)
BV
Posição
Facilidade para elétrons saírem da BV para a BC
Temperatura e luz
Mecanismos de condução diferentes
r (W.m)
dr/dT
Aumento no número de
portadores de carga
Silício
3 x 103
-70 x 10-3 -
T
r
Cobre
2 x 10-8
4 x 10-3 +
T
r
r = m/ne2t
O aumento das vibrações
cristalinas dificulta a
passagem do elétron
Nível de Fermi
f(E) = 1/(1 + exp((E-EF)/kT))
T = 0K
T ≠ 0K
1
f(E)
BC
EF
BV
EF
Energia
Material intrínseco
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
III
IV
V
Em relação ao Si:
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
Impureza doadora
Si
Si
Si
Si
Si
“Sobra” 1 elétron
Si
Si
As
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Qual a energia necessária para liberar este elétron?
Material tipo n
BC
Ed
Energia do elétron
Energia do elétron
BC
+
BV
Posição
BV
Posição
Do + Ed = D+ + e-
Ed
Impureza aceitadora
Si
Si
Si
Si
Si
“Falta” 1 elétron
Si
Si
B
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Qual a energia necessária para liberar este elétron?
Material tipo p
BC
Ea
Energia do elétron
Energia do elétron
BC
Ea
BV
Posição
BV
Posição
Ao + Ea = A- + h+