Pro Prie Eletric As
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7/24/2019 Pro Prie Eletric As
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Como so caracterizadas a conduo e a resistncia?
Quais os fenmenos fsicos que distinguem os condutores,semicondutores e isolantes?
Para os metais, como a condutividade afetada elasimerfei!es, " e deformao?
Para os semicondutores como a condutividade afetadaor imurezas #doagem$ e "?
Propriedades Eltricas
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%magens de &'canning electron microscoe( de um C%)
* maa mostra a localizao do 'i #semicondutor$) + + 'i mostrado elas regi!es mais
escuras
* maa mostra a localizao do -l #condutor$) ++ -l mostrado elas regi!es mais claras
.ig #a$, #/$, #c$ .ig 012, Callister 7e.ig #d$ .ig 0134 #a$, Callister 7e
#/$
#c$
Imagem de um Circuito Integrado
25mm
#a$#d$
65m
-l
'i#doado$
#d$
-
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Conduo Eletrica
7esistividade, e Conductividade, ) ++ formas indeendentes da geometria, 8ei de *9m
E) camoeltrico#%ntensidade$
resistividade
#*9m+m$
J) densidade de corrente
Condutividade
++ 7esistividade uma roriedade do matria : indeendente da amostra
=AI
LV
=0
7esistncia)
=
=
A
L
A
LR
8ei de *9m)
V; I RQueda de tenso#volts ; rea$ V
L
-
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Propriedades Eltricas
Qual deve conduzir mais?
-nalogia com fluo de >gua em um tu/o
8ogo a resistncia deende da geometria
da amostra, etc
D
3D I
VARA
==
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Definies
@efini!es)J; A; outra forma de escrever a 8ei de *9m
Jdensidade de corrente ; &como fluo(
otencial do camo eltrico ; V= or #V=$
Condutores de corrente eltrons na maioria dos sBlidos ons odem tam/m ortar carga #articular
te
em uma soluo lq$
.luo de eltrons condutividade gradiente de tenso
J; #V=$
A
I
rea
corrente=
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alores a " am/ #*9m+m$+0
"a/elas 010, 01D, e 016, Callister 7e
Condutividade: Comparao
Prata E1 02 4
Co/re E2 02 4
.erro 02 02 4
FG"-%' conductors
'ilcio 6 02
+6
HermInio 3 02 2
Ha-s 02 +E
'GF%C*J@K"*7G'
semicondutores
; #+ m$+0
Poliestireno A02+06
Polietileno 02+05+02+04
idro comum 02
Concreto 02+L
-lumina A02 +0D
CG7MF%C-'
P*8NFG7*'
isolantes
+02+02+00
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Qual o diImetro mnimo #D$ de um ca/o, ara VA 05 ?
Exemplo: Problema, Condutividade
022m
Cu, ca/o I; 35-+ Oe+
V
7esosta) D 014 mm
A 05
35-E24 02 #*9m+m$4 +0
022m
I
V
A
LR
=
=
6
3D
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Estrutura das andas Eletr!nicas
.ig 013, Callister 7e
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Estrutura das andas
anda de valncia
anda de conduo
valence /and
Conduction/and
.ig 01D, Callister 7e
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"ransporte Eletr!nico # Conduo
Fetais #Condutores$)
++ Gnergia trmica coloca Fuitos eltrons em estados elevados de energias
Gstados de Gnergia)++ ara metais, estadosenergia rBimos soacessveis orflutua!es trmicas
O+
+
/andareenc9ida
Gnergia
arcialmentereenc9ida
anda devalncia
/andavazia
H-P
Gstadosreenc9idos
Gnergia
banda
preenchida
Banda de
valnciapreenchida
banda
vazia
Gstadosreenc9
idos
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Estados de Energia: Isolantes #
$emicondutores
%solantes) ++ Gstados elevados de energia noso acessveis devido ao ga # 3 e$
Gnergia
anda reenc9ida
anda dealncia
reenc9ida
anda vazia
filledstates
H-P
'emicondutores) ++ Gstados elevados de energia searadosor equeno ga #A 3 e$
Gnergia
anda reenc9ida
anda vazia
filledstate
s
H-P?
Banda de
Val
nciapreenchida
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Portadores de carga
@ois mecanismos de transorte decarga
GltronR carga negativa
uracoR igual : oosta carga
ositivaFovem+se a diferentes velocidades
-ltas tem romovem mais eltrons ara a /anda de conduo
as T
Gltrons so esal9ados or imurezas, limites de gro, etc
.ig 01E #/$, Callister 7e
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%etais: &esistividade vs ", Impure'as
%merfei!es aumentam a resistividade
++ limite de gro ++ discordIncias ++ >tomos de imurezas ++ vacIncias
%sto faz com que os eltronsesal9em, logo descrevem camin9osefetivos menores
7esistividade aumenta com) ++ temeratura ++ S imurezas ++ S tra/al9o a frio
.ig 011, Callister 7e
; trmica O imurezas O deformao
deform
adoCu
O0,03
deSJ
i
T#TC$+322 +022 2
CuOD
,D3deSJ
i
CuO3
,0EdeS
Ji
03
D
6
5
E
7
esistividade,
#02+1*
9m+m$
2
CuO0,0
3deSJ
i
Cu&Pur
o(
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Estimando a Condutividade
.ig 40E#/$, Callister 7e
Questo)
++ Gstimar a condutividade eltrica de liga Cu+Ji com resistncia atrao de 035 FPa
mm*902D2 1 =
0E $mm*9#02DD0 =
=
7esistUtra
o#FPa$
S Ji, #Concentrao C$2 02 32 D2 62 52
E212
022032
0620E2012
30 S Ji
.ig 01L, Callister 7e
S Ji, #Concentrao C$
7esis
tividade,
#02+1
*9m+m$
02 32 D2 62 522
0232D262
52
2
035
Passo 0)
D2
Passo 3: 7esistividade da curva
Passo D)
Concentrao de Ji dacurva)CJi; 30 S Ji
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$emicondutores puros: Condutividade versus "
@ados 'ilcio uro)
++ aumenta com T ++ oosto dos metais
.ig 0L05, Callister 5e
Condutividade eltrica,
#*9m+m$+0
52 022 022202 +302 +0
02202002302D
026
ure#undoed$
T#V$
Gltrons odem saltaratravs do ga U altas T
Faterial'iHeHaP
Cd'
Ha #e$0002E4335
362"a/ela 01D, Callister 7e
kT/Egap
eundoedGnergia
anda reenc9ida
anda devalnciareenc9ida
anda vazia
filledstates
H-P?
no doado
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Conduo em termos de migrao de
Eltron e de buraco eletr!nico
.ig 0100, Callister 7e
de camo eltrico alicado alicado
Condutividade eltrica dada or)
W eltrons=m D Fo/ilidade do eltron
W /uracos=m D
Fo/ilidade do/uraco eletrnico
he epen +=
Conceito de eltrons e /uracos eletrnicos)
++
eltron /uraco
criaodoar
++
'em alicao Camo eltrico
Gltron devalncia 'i >tomo
Camo eltrico
eltron /uraco
Figraodoar
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%ntrnseca) W eltrons ; W /uracos #n;p$ ++ cas ara o 'i uro
Gtrinsica) ++nXp ++ ocorre quando imurezas so adicionados com diferentes
W eltrons de valncia #e atomos 'i$
Conduo Intr(nseca versus Extr(nseca
tio+nGtrnseco) #np$
'em alicao
de camo
5O6O 6O 6O 6O
6O
6O6O6O6O
6O 6O
Ytomo de fosforo
Gltron devalncia
'i >tomo
eltroncondutor
/uraco
een
"io+pGtrnseco) #p n$
'em alicao de camo
-tomo de oro
DO6O 6O 6O 6O
6O
6O6O6O6O
6O 6O hep
.igs 0103#a$ : 0106#a$,
Callister 7e
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Permite assagem de eltrons em uma Znica direo
#e Ztil, converter C- em CC$ Processo) difuso de P em um lado de um cristal doado+ 7esultados)
++ 'em alicao de camo,no 9> corrente
++ Ja direo) recom/inao deGltrons e /uracos, correnteflui atravs da [uno
++ @ireo reversa)Gltrons e /uracos se afastamno 9> recom/inao,no 9> corrente
Juno p)n: Retificador
OO
OO
O
+ +++
+Tipo-p Tipo-n
O +
OO O
OO
++
++
+
Tipo-p Tipo-n.ig 0130, Callister 7e
OOO
O
O
+++
++
Tipo-p Tipo-n+ O
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$emicondutores Intr(nsecos
Fateriais uros semicondutores) silcio : germInio
R Fateriais do gruo % -
Comostos semicondutores
R%%%+ comostos G) Ha-s : %n'/R%%+% comostos
G) Cd' : \n"e
R Quanto maior a diference de eletronegatividade,tanto maior ser> o ga de energia
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$emicondutor dopado: Condutividade vs* "
@ados ara o 'ilcio doado)
++ aumenta com a doagem ++ razo) stios de imerfei!esdiminuem a energia de ativaoara roduzir eltrons mBveis
.ig 0L05, Callister 5e
doado com2220D S de
22253 S de
condutividadeeltrica,
#*9m+m$+0
52 022 022202+302+002202002302D026
uro
#s=doagem$
"#V$
Comarao)conduo,
intrnsecovs etrnsecos ++ etrnseco R nvel de doagem) 0230=mDde um doador tio+n,impurea P++ ara TA 022 V) &congelamento&, energia trmica insuficiente ara
ecitar os eltrons++ ara 052 V A TA 652 V) ]etrnseco]++ ara T 652 V) ]intrnseco]
.ig 0104, Callister 7e
conduoeletrnica
concentrao#0230=mD$
T#V$E226223222
2
0
3
D
congelados
e?trnseco
intrnseco
doados=doagem
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+mero de Portadores de Carga
Condutividade %ntrnseca
; n^e^eOp^e^e
n=
e e+ n( )=
02E#m$0
#0,E!020LC$#2,15 + 2,65 m3= s$
Para Ha-s n; 61 0236m+D
Para 'i n; 0D 020Em+D
ara semicondutor intrnseco n;p
; n^e^#eO n$
G) Ha-s
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Propriedades da -uno &etificadora
.ig 0133, Callister 7e .ig 013D, Callister 7e
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"ransistor %.$/E"
F*'.G") 'emicondutor de Bido met>lico so/ efeito de camo #metal o!i"esemi#on"u#tor $iel" e$$e#t transistor$
.ig 0136, Callister 7e
0iasing1 2 polari'ao
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Circuito Integrado
Circuitos integrados R estado da arte A; 52 nm deesessura das lin9asR 0 F/_te #a#he on %oar"R 022,222,222 comonentes no #hipR #hipformado camada or camada
-l o &condutor(
.ig 013E, Callister &e
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Cer3micas /erroeltricasCer3micas /erroeltricasso diolares a/aio da "C; 032`C4temperatura Curie 0"C(, acima da qual a su/stIncia ferromagntica se comorta como
aramagntica5
7esfriada a/aio da "Cem um forte camo eltrico, roduz+se um material com forte momentode diolo
.ig 01D5, Callister 7e
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%ateriais Pie'eltricos
Gmreouso
comressoinduz voltagem
oltagem alicadainduz eanso
.ig 01DE, Callister 7e
PiezeletricidadeR alicao de resso roduz corrente
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Condutividadee resistividade,eltricas, so)
++ arImetros #roriedades$ dos materiais ++ indeendem da geometria
7esistnciaeltrica ) ++ um arImetro deendente da geometria do material
Condutores, semicondutores, e isolantes ++ diferem entre si no acesso dos estados de energia elos eltrons de
conduo
Para metais, a condutividade aumentada or) ++ reducing deformation ++ reducing imerfections ++ decreasing temerature
Para semicondutores uros, a condutividade aumentada or) ++ aumento da temeratura ++ doagem #e, adio de ao 'i#tio+p$ ou Pto 'i#tio+n$
&esumo da aula
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&E$P.+DE& +. C6DE&+.
7* . 8ue Condutividade Eltrica9
* . 8ue &esistividade Eltrica 9
;* Como se comportam os materiais frente aaplicao de um campo eltrico 9
ual energia deve ser cedida para a conduo 9
?* . 8ue so semicondutores 9
@* . 8ue so semicondutores intr(nsecos 9
A* . 8ue so semicondutores extr(nsecos 9
B* . 8ue um dispositivo de uno tiporetificador 9
7* "radu'ir 0%.$/E"1*