AULA TEORICA 23.ppt - Instituto Superior Técnico: Serviço de...

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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