Definir o que vem a ser efeito zener em um diodo.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra gente “Definir o que vem a ser efeito Zener em um diodo.” Isso aí é conteúdo de semicondutor, mais especificamente diodo polarizado reversamente e fenômenos de avalanche versus efeito Zener (túnel quântico). Pra resolver, a gente vai precisar entender o que é junção p-n, o que acontece quando ela fica em polarização reversa e como surge a ruptura por tunelamento (efeito Zener).
Passo 2
Primeiro, lembra o que é um diodo de silício: ele é uma junção entre um material com excesso de elétrons (tipo n) e outro com “buracos” (tipo p). Na região de contato forma-se uma zona de depleção, sem portadores livres, que age como isolante. Em polarização direta, o diodo conduz quando a barreira de potencial (~0,7 V) é vencida. Em polarização reversa, a barreira aumenta e praticamente não circula corrente – até certo ponto!
Passo 3
Se a tensão reversa
continuar subindo, a barreira de potencial na zona de depleção também aumenta, gerando um campo elétrico intenso. Esse campo aproximado vale
sendo
a largura da depleção. Quando
fica da ordem de
V/cm, começam dois tipos de ruptura: avalanche (impacto entre portadores) e Zener (tunelamento).
Passo 4
No efeito Zener, a junção é muito fortemente dopada, o que deixa
bem estreita. Com isso, o campo
sobe o suficiente para permitir que elétrons tunelizem quânticamente da banda de valência para a de condução, mesmo sem energia térmica suficiente. É como se eles “atravessassem” a barreira de potencial por tunelamento em vez de colidir com átomos (como na avalanche). Esse comportamento acontece em tensões de quebra baixas (tipicamente abaixo de 5 V) e é super repetível.
Passo 5
Resumindo, o efeito Zener é esse mecanismo de tunelamento quântico que faz o diodo começar a conduzir em reversa numa tensão bem definida
. É diferente da avalanche, pois não depende de colisões e sim de tunelamento na barreira quase transparente.
Resposta
O efeito Zener em um diodo é o fenômeno de ruptura por tunelamento quântico na junção p-n fortemente dopada, que faz com que, ao atingir uma certa tensão reversa
(geralmente baixa), os elétrons atravessem a barreira de potencial e gerem corrente reversa estável e controlada.