O que ocorre com a barreira de potencial ou tensão de limiar quando a temperatura aumenta?

Passo 1

Resumo do enunciado: queremos saber qualitativamente o que acontece com a barreira de potencial (em junção PN) ou com a tensão de limiar V_T de um MOSFET quando a temperatura aumenta. O conteúdo envolvido é a teoria de semicondutores: densidade de portadores intrínsecos e dependência de T da barreira construída e da tensão de limiar.

Passo 2

Barreira de potencial numa junção PN:
\phi_{bi} = \frac{kT}{q}\,\ln\!\biggl(\frac{N_A\,N_D}{n_i^2}\biggr),
onde n_i é a concentração intrínseca de elétrons, que cresce muito com T (aproximadamente n_i\propto T^{3/2}\exp[-E_g/(2kT)]). Com o aumento de T, o termo \ln(1/n_i^2) diminui mais rapidamente que o fator kT/q cresce, de modo que \phi_{bi} cai.

Passo 3

Tensão de limiar de MOSFET:
V_T = V_{FB} + 2\phi_F + \frac{\sqrt{4\varepsilon_s q N_A\,2\phi_F}}{C_{ox}},
onde
\phi_F = \frac{kT}{q}\,\ln\!\Bigl(\frac{N_A}{n_i}\Bigr).
Como n_i cresce com T, \phi_F diminui e, consequentemente, V_T diminui.

Resposta

Com o aumento da temperatura, tanto a barreira de potencial da junção PN quanto a tensão de limiar de um MOSFET diminuem.

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