Fisicamente, explique o que ocorre com uma junção
reversamente polarizada (refira os portadores majoritários e minoritários de cada região semicondutora e a região de depleção).
Passo 1
O enunciado pede para explicar fisicamente o que ocorre em uma junção
quando submetida a polarização inversa. O conteúdo envolve semicondutores dopados, análise dos portadores majoritários e minoritários em cada região e o comportamento da região de depleção sob aplicação de tensão.
Passo 2
Em equilíbrio (sem tensão aplicada) a junção
forma uma região de depleção ao redor do interfase, onde portadores livres (elétrons na região
e lacunas na região
) difundem-se e se recombinam, deixando íons fixos que criam um campo elétrico interno. Nesse estado:
Na região
: as lacunas são os portadores majoritários e os elétrons são minoritários.
Na região
: os elétrons são majoritários e as lacunas são minoritárias.
O campo interno estabelece uma barreira de potencial que impede a difusão adicional de portadores majoritários.
O campo interno estabelece uma barreira de potencial que impede a difusão adicional de portadores majoritários.
Passo 3
Ao aplicar polarização inversa, conectamos o terminal positivo da fonte ao lado
e o negativo ao lado
. Isso aumenta a diferença de potencial vista pela junção, de modo que:
- A barreira de potencial cresce, elevando o campo elétrico na região de depleção.
- A largura da depleção se alarga, porque os portadores majoritários (elétrons em
, lacunas em ) são atraídos para os eletrodos, afastando-se do fronteira, deixando ainda mais íons fixos expostos. - A corrente de difusão dos portadores majoritários praticamente cessa, pois a nova barreira impede que eles atravessem a junção.
Passo 4
Apesar de o fluxo de majoritários ser bloqueado, existe uma corrente de saturação muito pequena, composta pelos portadores minoritários:
- Nas proximidades da depleção, elétrons minoritários da região
e lacunas minoritárias da região são atraídos pelo campo e atravessam a junção por drift. - Esta corrente de drift de minoritários é quase independente da tensão inversa (enquanto não chega ao breakdown) e corresponde à corrente de fuga ou saturação, tipicamente na ordem de nanoampères.
Passo 5
Se a tensão inversa for aumentada além de certo limite (tensão de avalanche ou Zener), o campo elétrico na depleção se torna forte o suficiente para gerar portadores por impacto, levando a uma corrente muito maior e possível dano à junção.
Resposta
Em polarização inversa a junção
vê sua barreira de potencial e região de depleção aumentarem, o que impede o fluxo dos portadores majoritários (elétrons em
, lacunas em
). Permanece apenas uma corrente muito pequena de portadores minoritários (elétrons gerados na região
e lacunas na região
) que atravessam a junção por drift, chamada corrente de saturação. Se a tensão inversa exceder certa tensão crítica, inicia-se o avalanche ou efeito Zener, aumentando abruptamente a corrente.