Explique o processo de estabelecimento de corrente numa junção pn diretamente polarizada (refira os portadores majoritários e minoritários de cada região semicondutora e a região de depleção).
Passo 1
O enunciado pede para explicar como se estabelece a corrente num diodo de junção pn quando ele está diretamente polarizado. O conteúdo envolve física de semicondutores: portadores majoritários (buracos em p, elétrons em n), portadores minoritários (elétrons em p, buracos em n) e a região de depleção com seu campo interno.
Passo 2
Em equilíbrio (polarização nula) existe uma barreira de potencial interno
) formada pelas cargas imobilizadas na região de depleção. Nessa condição:
– Na região p, os buracos são os portadores majoritários e os elétrons são minoritários.
– Na região n, os elétrons são majoritários e os buracos são minoritários.
O campo elétrico da depleção impede a difusão líquida de portadores.
– Na região p, os buracos são os portadores majoritários e os elétrons são minoritários.
– Na região n, os elétrons são majoritários e os buracos são minoritários.
O campo elétrico da depleção impede a difusão líquida de portadores.
Passo 3
Ao aplicar polarização direta (
no lado p relativo ao n), a barreira de potencial efetiva cai para
). Isso reduz a altura da barreira para portadores majoritários:
– Buracos da região p veem mais fácil atravessar para n.
– Elétrons da região n veem mais fácil atravessar para p.
– Buracos da região p veem mais fácil atravessar para n.
– Elétrons da região n veem mais fácil atravessar para p.
Passo 4
Com a barreira diminuída, aumenta a corrente de difusão:
– Dos buracos (majoritários em p) para a região n, onde eles se tornam portadores minoritários injetados.
– Dos elétrons (majoritários em n) para a região p, onde viram portadores minoritários.
Cada um desses fluxos é proporcional a .
– Dos buracos (majoritários em p) para a região n, onde eles se tornam portadores minoritários injetados.
– Dos elétrons (majoritários em n) para a região p, onde viram portadores minoritários.
Cada um desses fluxos é proporcional a
Passo 5
Na região de depleção a largura
diminui ligeiramente devido à polarização direta, mas mantém-se um campo que driva os portadores minoritários injetados de volta para suas regiões de origem, mantendo regime estacionário. A corrente total constante é dada pela soma:
onde
vem dos elétrons injetados em p e
dos buracos injetados em n.
Passo 6
No regime estacionário de polarização direta:
– A componente de difusão de cada tipo de portador domina a corrente total.
– A recombinação de minoritários na região adjacente à depleção garante que o perfil de concentração atinja o valor de equilíbrio longe da junção.
– A corrente cresce exponencialmente com .
– A componente de difusão de cada tipo de portador domina a corrente total.
– A recombinação de minoritários na região adjacente à depleção garante que o perfil de concentração atinja o valor de equilíbrio longe da junção.
– A corrente cresce exponencialmente com
Resposta
Sob polarização direta, a tensão externa reduz a barreira interna da depleção
, permitindo que portadores majoritários atravessem a junção por difusão: buracos da região p entram em n e elétrons de n entram em p, tornando-se portadores minoritários injetados. Esses minoritários geram as correntes de difusão
e
, cuja soma constitui a corrente total
. A largura da região de depleção diminui um pouco, mas mantém o campo que assegura o regime estacionário e a recombinação dos portadores injetados, resultando em corrente exponencialmente crescente com a tensão direta aplicada.