Explicar porque uma diferença de potencial de contato deve ocorrer em uma junção
em circuito aberto.
Passo 1
Ok, vamos lá! A questão pede para explicar por que existe uma diferença de potencial de contato em uma junção
quando o circuito está aberto. Isso está dentro do estudo dos semicondutores, mais especificamente das junções
. Para resolver, vamos precisar entender como os elétrons e lacunas se comportam nessas junções e como isso leva à formação de uma barreira de potencial.
Passo 2
Primeiro, precisamos lembrar que uma junção
é formada ao juntar um material tipo
(com excesso de lacunas) e um material tipo
(com excesso de elétrons). Quando esses dois materiais são colocados juntos, os elétrons do tipo
começam a se mover para o lado
, enquanto as lacunas do tipo
se movem para o lado
.
Passo 3
Esse movimento de elétrons e lacunas ocasiona a formação de uma região onde elétrons e lacunas se recombinam, criando o que chamamos de região de depleção. Nessa região, há uma escassez de cargas livres porque os elétrons e lacunas se neutralizam.
Passo 4
A recombinação de cargas deixa íons positivos no lado
e íons negativos no lado
, gerando um campo elétrico interno. Esse campo elétrico cria uma barreira que impede mais elétrons e lacunas de migrarem através da junção.
Passo 5
Como o circuito está aberto, não há corrente fluindo através da junção. Nesse estado, o campo elétrico interno mantém um equilíbrio onde a força elétrica contraria a difusão das cargas. A magnitude desse campo elétrico corresponde a uma diferença de potencial, chamada de potencial de contato ou potencial de built-in.
Passo 6
Matematicamente, essa diferença de potencial pode ser expressa por:
onde:
-
é a constante de Boltzmann, -
é a temperatura, -
é a carga do elétron, -
e são as concentrações dos dopantes nos lados e respectivamente, -
é a concentração intrínseca de portadores.
Esse potencial é necessário para equilibrar a difusão das cargas e manter o circuito aberto sem fluxo de corrente.
Resposta
Portanto, a diferença de potencial de contato em uma junção
ocorre devido à formação de uma região de depleção que cria um campo elétrico interno. Esse campo gera um potencial que equilibra a difusão de elétrons e lacunas, resultando em uma diferença de potencial quando o circuito está aberto.