O que acontece quando se juntam semicondutores do tipo n - e tipo p -?

Passo 1

O enunciado pergunta: “O que acontece quando se juntam semicondutores do tipo n e tipo p?”
Conteúdo da matéria: junção p–n em semicondutores.
O que vamos precisar para resolver:
  1. Entender o que é um semicondutor tipo n e tipo p (doping e portadores).
  2. Conceitos de difusão e drift de cargas.
  3. Formação da região de depleção e do potencial de barreira.

Passo 2

Antes de juntar, o que é cada coisa?
  • Semicondutor tipo n: é um cristal no qual adicionamos impurezas (doadoras) que liberam elétrons extras. Os elétrons são os portadores majoritários.
  • Semicondutor tipo p: é um cristal dopado com impurezas (aceitadoras) que criam “buracos” (lacunas) como portadores majoritários.
Explicando mais devagar: doping é o processo de colocar átomos que têm mais (tipo n) ou menos (tipo p) elétrons de valência que o semicondutor puro, fazendo sobrar elétrons livre ou buracos livres.

Passo 3

Agora a junção: quando você encosta o pedaço n no pedaço p, existe diferença de concentração de cargas. Do lado n tem muitos elétrons, do lado p tem muitas lacunas. Então começa a “difusão”:
  • Elétrons fogem do lado n para o lado p.
  • Lacunas fogem do lado p para o lado n.
Esse movimento cria cargas fixas perto da interface: os dopantes carregados (íonizados) que ficaram sem seus portadores.

Passo 4

Essas cargas fixas formam a “região de depleção” (vazia de portadores livres) e geram um campo elétrico apontando do lado n para o lado p. Esse campo faz o movimento “drift” (forçado) de elétrons de volta para n e lacunas de volta para p.
No equilíbrio, a corrente de difusão (devido ao gradiente de concentração) é exatamente balanceada pela corrente de drift (devida ao campo).

Passo 5

O resultado desse equilíbrio é o surgimento de uma barreira de potencial Vbi = kTq,ln!gl(NA,NDni^2gr) , chamada potencial de built-in. A fórmula para esse potencial, considerando temperatura , constante de Boltzmann , carga do elétron , concentrações de dopagem (n) e § e a concentração intrínseca , é:
Esse impede que as cargas difundam indefinidamente e dá origem ao comportamento retificador da junção (diodo).

Resposta

Quando juntamos n e p formamos uma junção p–n com:
  1. Região de depleção sem portadores livres.
  2. Campo elétrico interno que equilibra as correntes de difusão e drift.
  3. Potencial de barreira que torna a junção um diodo, permitindo corrente preferencialmente em um sentido.

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