AULA TEORICA 23.pptdisciplinas.ist.utl.pt/qgeral/electrotecnica/... · Fluxos de corrente num...
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Dispositivos
J ã M t l M t l
DispositivosJunção Metal-Metal
VA > VB
Heterojunções
Junção p-n
Tipo nElectrões
livres
Tipo p
livres
ÁtomosÁtomos
doadores
Átomos aceitadores
Buracos livres
Junção p-n
Junção
ç p
Tipo pTipo nElectrões livres
Átomos aceitadoresÁtomos
doadoresBuracos livres
(iguais concentrações de impurezas uniformemente distribuídas)(iguais concentrações de impurezas, uniformemente distribuídas)
Junção p-n1 2
TiTipo n Tipo p
Tipo n Tipo pJunção
3
zona de deplecção
Tipo n Tipo p3
Junção p-n no Equilíbrio
n p+
+++
+‐‐‐ ‐‐
EV0 – Potencial de contacto - característico da junção
V0
Vn
Vp Fluxos de Portadores
Correntes de difusão dos portadores maioritáriosCorrentes de migração dos portadores minoritários
EF
qV0
Difusão de buracos
Migração de buracosEF Migração de buracos
Difusão de electrões
Migração de electrõesMigração de electrões
Equilíbrio‐
Polarização directa+ Vd
Polarização inversaVi‐+
n p+
+++
+‐‐‐ ‐‐
n p+
++
+‐‐‐‐
n p+
+++
+‐‐‐ ‐‐
+‐
E E E
V0
Vn
Vp
Vn(V0‐Vd)
Vn
Vp(V0+Vi)
V
EF
qV0
q(V0‐Vd)Vp
q(V0+Vi)EF
Fluxos de Portadores Corr.Difusão de buracos
Fluxos de Portadores Corr.Difusão de buracos
Fluxos de Portadores Corr.Difusão de buracosDifusão de buracos
Migração de buracosDifusão de electrõesMigração de electrões
Difusão de buracosMigração de buracosDifusão de electrõesMigração de electrões
Difusão de buracosMigração de buracosDifusão de electrõesMigração de electrões
Curva característica de uma junção p-n
tarrente dire
ctCo
r
Polarização directa
ente inversa
Corre
Ânodo Cátodo
Transistores de Junção Bipolar (TJB)
Bi l d i ti d• Bipolar – dois tipos de cargas:electrões e buracos, envolvidos nos fluxos de corrente• Junção – duas junções pn:junção base/emissor e junção base/colectorj ç j ç• Tipos – tipos NPN e PNP• Terminais – Base, Emissor e Colector
B - baseC - colectorC colectorE - emissor
As junções base-emissor (BE) e base-colector (BC) comportam-se como díodos:conduzem só num sentido Os transistores podem ser usados com interruptores ou como amplificadores.
Fluxos de corrente num transistor npn
espessura da região da base << espessura do dispositivoregião do emissor muito mais fortemente dopada que a da base
A junção emissor/base é polarizada directamenteA junção base/colector é polarizada inversamente
S d d iFluxo de portadores maioritários (e-s) da região n para a pFluxo de portadores minoritários (buracos) da base para o emissor
Soma dos dois fluxos: corrente de emissor IE
Os e-s que fluem do emissor para a base atravessam para o colector antes de se recombinarem com os buracos na base
IC da mesma ordem que IE
O controlo da corrente colector/emissor é feito injectando corrente na base.
Uma pequena corrente de base é suficiente para estabelecer uma corrente entre os terminais de colector-emissor.
Esta corrente será tão maior quanto maior for a corrente de base.
Junções Metal- Semicondutor
Junção de Schottky - 1(rectificadora)
Junção Ohmica - 2Metal soldado a um semicondutor
(terminal)(terminal)
Al1 2
Al
SiO2n+
Tipo n
Junção de Schottky
metal contacto ohmico
semicondutor
ânodo cátodo
tipo n
Ânodo Cátodo
1 2.
Diagrama de bandas de energia
Inicialmente: os níveis de Fermi do metal e do semicondutor não se alteram
Os electrões do semicondutor (nível de impureza) podem baixar a sua energia atravessando a junção.Cria-se um carga + no semicondutor, e portanto um campo que atrai osCria se um carga no semicondutor, e portanto um campo que atrai os electrões.
É como se a energia das bandas do semicondutor baixasse, aproximando os í i d F i d t l d SCníveis de Fermi do metal e do SC.
No equilíbrio:
Os níveis de Fermi igualam-se e estabelece-se um potencial de contacto
Passa a funcionar como um díodo rectificador
POLÍMEROS ELECTROLUMINESCENTES (OLEDS)POLÍMEROS ELECTROLUMINESCENTES (OLEDS)
Cátodo metálico (Al)
Filme de Polímero (~100 nm)
Ânodo transparente +
Substrato
(ITO)
Luz emitida
+‐
ITO óxido misto de In e SnITO – óxido misto de In e Sn
Esquema de um díodo emissor de luz de polímero - OLED
Bandas de condução (LUMO)
Cátodoe Cátodo
 dl Recombinação com
Bandas de valência (HOMO)
Ânodo emissão de um fotão
POLÍMERO ELECTROLUMINESCENTE(PPV – poli(p-fenileno vinileno)(PPV poli(p fenileno vinileno)
INJECÇÃO DE CARGAS NO POLÍMERO
+ + ++
+ ++ + +
–––––
– – –– – –
RECOMBINAÇÃO DE CARGAS EXCITÃO
++ + + +
+
––––––+
– – +LUZ
POLÍMEROS DIFERENTES DIFERENTES HIATOS CORES VARIADAS
Exemplo de um Díodo Emissor de Luz de Polímero (OLED):
Uma camada fina do polímero poli(fenileno-vinileno) – PPV -intercalada entre um cátodo de cálcio e m ânodo de polímerocálcio e um ânodo de polímero condutor sobre óxido de índio e estanho (ITO)
O Ca injecta electrões no filme de polímero, enquanto o ânodo injecta lacunas. Quando um e- e uma
Cátodo de CálcioPolímerosemicondutor
Polímerocondutor
Ânodo de ITO
lacuna se recombinam no PPV formam um excitão neutro (estado excitado que decai emitindo um fotão)
A camada de ITO (óxido misto de In e Sn) é aplicada sobre
fotão).
A camada de ITO (óxido misto de In e Sn) é aplicada sobre um substrato de vidro. Sobre ela depositam-se as várias camadas.
CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
‐Alumínio
Camada activaE
LUMOAl
Polímero
(polímero semicondutor, mistura de polímeros ou
compósito)
‐ITO HOMO4 8 VITO
Substrato transparente(vidro ou plástico)
ITO 4.8 eV
Luz solar
ITO – óxido misto de In e SnITO óxido misto de In e Sn
SUMÁRIO 23• Dispositivos
• Junções metal-metal
• H t j õ• Heterojunções
• Junção p-n
Diagramas de bandas de energia: equilíbrio- Diagramas de bandas de energia: equilíbrio,
polarização directa e inversa
• Transistores de Junção Bipolar (TJB)Transistores de Junção Bipolar (TJB)
• Junções Metal- Semicondutor
- Ohmica
- de Schottky
• Díodos Emissores de Luz Orgânicos (OLEDS)
• Células Fotovoltaicas