SEMICONDUTORESSEMICONDUTORES

AULA 3

IntroduçãoCondutores - Semicondutores - IsolantesDopagemSemicondutor tipo-pSemicondutor tipo-nJunçãoPolarização Direta e Reversa

•Exemplos de semicondutores de junção: Diodos: tipos, características

• circuitos• Transistores: tipos, características, funcionamento

ConteúdoConteúdo

Curva Corrente(I) x Tensão(V)

Região DiretaRuptura

Joelho

Corrente de Fuga

v

i

Região Reversa

VD

I

V

ABERTO CONDUÇÃO

+- vD

I•VD=0,6V para silício•VD=0,2V para germânio

Circuitos (com uma malha...)

V

R

VD

i

0DV V Ri− + + =

( )DV ViR−

=

V

R1

R2

R3

VD1

I1 I2

Circuitos (ALGORITMO)

Passo 1: Para cada diodo fazer uma HIPÓTESE do estado de operação;Passo 2: Aplicar leis de Kirchhoff (encontrar correntes e tensões);Passo 3: Correntes dos diodos positiva, concluído; corrente em pelo menos um diodo negativa, refazer;

Como formular a HipóteseDIODO RETIFICADORPasso 1: Supor corrente nula em todos os diodos;Passo 2: Calcular a tensão VDi de cada diodo;Passo 3: Para equações do tipo

±VD1 ±VD2 ±... ±VDn=K(não nula) Manter um dos VDi em cada equação e substituir os demais por zero;Passo 4: Se resultar em valores VDi de sinais distintos, testar os estados na seguinte sequência: 1) condução direta; 2) aberto;Passo 5: VDi>= VD diodo em condução, caso contrário, aberto.

Exemplo 1 (pág. 131)

10V

1Ω

6 Ω

5 Ω

VD1

I2I1

1 1 2

1

1

10 1 6( ) 010 7 0

1,43

I I II

I A

− + + − =− + ==

2 0I =hipótese

2 1 2 1

1

1

6( ) 5 06( 1,43) 0

8,58

d

d

D

I I I VV

V V

− + + =− + =

=

condução

Exemplo 1 (continuação)

10V

1Ω

6 Ω

5 Ω

VD1

I2I1+_

1 1 2

2 1 2

10 1 6( ) 06( ) 5 0,6 0

I I II I I

− + + − =− + + =

1

2

2,601,36

I AI A==

2 1,36DI I A= = 0 conduçãoDI >

(0,6)(1,36) 0,816DP W= =

Transistor

Dispositivo controlador de intensidade de corrente, possui três terminais: emissor, base, coletor.

O mecanismo pelo qual controla a intensidade de corrente varia, podendo classificá-los como:•Transistores Bipolares;•Transistores de Efeito de Campo (FET’s).

Transistores Bipolares

A corrente do coletor é controlada, enquanto a corrente da base é o mecanismo controlador.

P N Pemissor coletor

base

N P Nemissor coletor

base

Cada uma das junções do transistor se comporta de forma anteriormente apresentada para diodos de junção.

Transistores Bipolares

Existem 4 possibilidades de polarização das junções:••Região de CorteRegião de Corte: base-emissor e base-coletor: PR. Não há circulação de corrente.••Região de Saturação:Região de Saturação: base-emissor e base-coletor: PD. Circula corrente pelas duas junções.••Região Ativa Direta(RAD):Região Ativa Direta(RAD): base-emissor(PD) e base-coletor(PR).••Região Ativa Reversa(RAR):Região Ativa Reversa(RAR): base-emissor(PR) e base-coletor(PD).

P N Pemissor coletor

base

Transistores Bipolares

P N P

V1 V2

Exemplo

RAD

Transistores FET’s

A intensidade de corrente nos transistores de efeito de campo é controlada por meio de uma tensão.

Existem dois tipos de transistores de efeito de campo:•JFET : Transistor de efeito de campo de junção;•MOSFET: Transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor.

MOSFET’s – base para construção dos circuitos lógicos CMOS.Vantagens: baixa dissipação de potência e comportam mais componentes por unidade de área.

JFET

N

P

P

dreno

gatilho

fonte

Exemplo: JFET de canal N

MOSFET

Exemplo MOSFET tipo enriquecimento, de canal N

N N

P

dreno

gatilho

fonte

metalSiO2

substrato

MOSFET tipo enriquecimento

N N

P

D G S

SB

R V

++++++++++++++++++++++

-----------------------------

VGS

Speed: 100 HzSize: 10-2 mCost: $106/transistor

Speed: 109 HzSize: 10-7 mCost: $10-5/transistor

Transistores – a evolução...

Fonte: M.Knobel,2005

LEI DE MOORE

G. Moore, co-fundador da INTEL

Fonte: M.Knobel,2005

Density: 2 kb/in2

Speed: 70 kb/sSize: f24” x 50Capacity: 5 Mb

Density: 20 Gb/in2

Speed: 200 Mb/sSize: f2.5” x 2Capacity: 50 Gb

Armazenamento magnético de informações

Fonte: M.Knobel,2005