Fisicamente, explique o que ocorre com uma junção p n 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 p n 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 p n forma uma região de depleção ao redor do interfase, onde portadores livres (elétrons na região n e lacunas na região p) difundem-se e se recombinam, deixando íons fixos que criam um campo elétrico interno. Nesse estado: \bullet Na região p: as lacunas são os portadores majoritários e os elétrons são minoritários. \bullet Na região n: 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.

Passo 3

Ao aplicar polarização inversa, conectamos o terminal positivo da fonte ao lado n e o negativo ao lado p. Isso aumenta a diferença de potencial vista pela junção, de modo que:
  1. A barreira de potencial cresce, elevando o campo elétrico na região de depleção.
  2. A largura da depleção se alarga, porque os portadores majoritários (elétrons em n, lacunas em p) são atraídos para os eletrodos, afastando-se do fronteira, deixando ainda mais íons fixos expostos.
  3. 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:
  1. Nas proximidades da depleção, elétrons minoritários da região p e lacunas minoritárias da região n são atraídos pelo campo e atravessam a junção por drift.
  2. 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 p n vê sua barreira de potencial e região de depleção aumentarem, o que impede o fluxo dos portadores majoritários (elétrons em n, lacunas em p). Permanece apenas uma corrente muito pequena de portadores minoritários (elétrons gerados na região p e lacunas na região n) 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.

Exercícios relacionados