Materiais - Introdução

Cada materialna natureza tem certas propriedades. Essas propriedades definem o comportamento dos materiais. A Ciência de Materiais é um ramo da eletrônica que lida com o estudo do fluxo de elétrons em vários materiais ou espaços, quando estes estão sujeitos a várias condições.

Devido à mistura de átomos em sólidos, em vez de níveis de energia simples, haverá bandas de níveis de energia formados. Este conjunto de níveis de energia, que são compactados, são chamados deEnergy bands.

Tipos de Materiais

A banda de energia em que os elétrons de valência estão presentes é chamada Valence band, enquanto a banda em que os elétrons de condução estão presentes é chamada Conduction band. A diferença de energia entre essas duas bandas é chamada deForbidden energy gap.

Eletronicamente, os materiais são amplamente classificados como isolantes, semicondutores e condutores.

• Insulators- Os isoladores são materiais em que a condução não pode ocorrer, devido ao grande vão vedado. Exemplos: Madeira, Borracha.

• Semiconductors- Semicondutores são materiais nos quais o gap de energia proibido é pequeno e a condução ocorre se alguma energia externa for aplicada. Exemplos: silício, germânio.

• Conductors- Os condutores são materiais em que o gap de energia proibido desaparece à medida que a banda de valência e a banda de condução se tornam muito próximas e se sobrepõem. Exemplos: cobre, alumínio.

De todos os três, os isoladores são usados ​​onde a resistividade à eletricidade é desejada e os condutores são usados ​​onde a condução tem que ser alta. Os semicondutores são os que suscitam um interesse específico na forma como são utilizados.

Semicondutores

UMA Semiconductoré uma substância cuja resistividade está entre os condutores e isoladores. A propriedade de resistividade não é a única que decide um material como semicondutor, mas tem poucas propriedades como segue.

• Os semicondutores têm resistividade menor que os isolantes e maior que os condutores.

• Os semicondutores têm coeficiente de temperatura negativo. A resistência em semicondutores, aumenta com a diminuição da temperatura e vice-versa.

• As propriedades condutoras de um semicondutor mudam quando uma impureza metálica adequada é adicionada a ele, o que é uma propriedade muito importante.

Os dispositivos semicondutores são amplamente utilizados no campo da eletrônica. O transistor substituiu os volumosos tubos de vácuo, dos quais o tamanho e o custo dos dispositivos diminuíram e essa revolução continuou aumentando seu ritmo, levando a novas invenções como a eletrônica integrada. Os semicondutores podem ser classificados conforme mostrado abaixo.

Um semicondutor em sua forma extremamente pura é considerado um intrinsic semiconductor. Mas a capacidade de condução dessa forma pura é muito baixa. Para aumentar a capacidade de condução do semicondutor intrínseco, é melhor adicionar algumas impurezas. Este processo de adição de impurezas é chamado deDoping. Agora, este semicondutor intrínseco dopado é chamado deExtrinsic Semiconductor.

As impurezas adicionadas são geralmente pentavalent e trivalentimpurezas. Dependendo desses tipos de impurezas, outra classificação é feita. Quando umpentavalent impureza é adicionada a um semicondutor puro, é chamado de N-type extrinsic Semiconductor. Bem, quando umtrivalent impureza é adicionada a um semicondutor puro, é chamado de P-type extrinsic Semiconductor.

Junção PN

Quando um elétron se move de seu lugar, um buraco é formado ali. Portanto, um buraco é a ausência de um elétron. Se for dito que um elétron é movido do terminal negativo para o positivo, isso significa que um buraco está sendo movido do terminal positivo para o terminal negativo.

Os materiais mencionados acima são os fundamentos da tecnologia de semicondutores. oN-type material formado pela adição de impurezas pentavalentes tem electrons as its majority carrierse buracos como operadoras minoritárias. Enquanto oP-type material formado pela adição de impurezas trivalentes tem holes as its majority carriers e elétrons como portadores minoritários.

Vamos tentar entender o que acontece quando os materiais P e N são unidos.

Se um material tipo P e um tipo N são aproximados um do outro, ambos se unem para formar uma junção, como mostrado na figura abaixo.

Um material tipo P tem holes Enquanto o majority carriers e um material tipo N tem electrons Enquanto o majority carriers. À medida que cargas opostas se atraem, poucos buracos no tipo P tendem a ir para o lado n, enquanto poucos elétrons no tipo N tendem a ir para o lado P.

À medida que ambos viajam em direção à junção, buracos e elétrons se recombinam entre si para neutralizar e formar íons. Agora, nesta junção, existe uma região onde os íons positivos e negativos são formados, chamada dePN junction ou barreira de junção, conforme mostrado na figura.

A formação de íons negativos no lado P e íons positivos no lado N resulta na formação de uma região carregada estreita em cada lado da junção PN. Esta região agora está livre de portadores de carga móveis. Os íons presentes aqui têm estado estacionários e mantêm uma região de espaço entre eles sem quaisquer portadores de carga.

Como esta região atua como uma barreira entre os materiais do tipo P e N, isso também é chamado de Barrier junction. Este tem outro nome chamado deDepletion regiono que significa que esgota ambas as regiões. Ocorre uma diferença de potencial V _D devido à formação de íons, através da junção chamada dePotential Barrieruma vez que impede o movimento adicional de buracos e elétrons através da junção. Esta formação é chamada deDiode.

Polarização de um diodo

Quando um diodo ou quaisquer dois componentes terminais são conectados em um circuito, ele tem duas condições de polarização com a alimentação fornecida. Eles sãoForward biased condição e Reverse biased doença.

Condição de polarização direta

Quando um diodo é conectado a um circuito, com seu anode to the positive terminal e cathode to the negative terminal de alimentação, então tal conexão é considerada forward biased doença.

Esse tipo de conexão torna o circuito cada vez mais inclinado para frente e ajuda na condução. Um diodo conduz bem na condição de polarização direta.

Condição de polarização reversa

Quando um diodo é conectado a um circuito, com seu anode to the negative terminal e cathode to the positive terminal de alimentação, então tal conexão é considerada Reverse biased doença.

Esse tipo de conexão torna o circuito cada vez mais polarizado reverso e ajuda a minimizar e prevenir a condução. Um diodo não pode conduzir na condição de polarização reversa.

Com as informações acima, agora temos uma boa ideia do que é uma junção PN. Com esse conhecimento, vamos prosseguir e aprender sobre transistores no próximo capítulo.