O que é a região de depleção? Explique seu processo de formação.

Passo 1

O enunciado pede para explicar o que é a região de depleção e como ela se forma numa junção PN. O conteúdo aqui envolve semicondutores dopados, difusão de portadores e equilíbrio eletrostático numa interface entre uma região do tipo P e outra do tipo N.

Passo 2

Numa pastilha de silício tipo P temos átomos aceitadores em concentração N_A, que criam buracos como portadores majoritários e elétrons como minoritários. Numa pastilha tipo N temos átomos doadores em concentração N_D, que geram elétrons majoritários e buracos minoritários. Em cada região, antes do contato, não há campo elétrico interno macroscópico e os portadores se distribuem segundo a dopagem.

Passo 3

Quando as duas regiões são colocadas em contato, elétrons livres da região N difundem-se para a região P e buracos livres da região P difundem-se para a região N. Nessa zona de encontro eles recombinam: um elétron preenche um buraco e ambos desaparecem como portadores livres.
Essa recombinação deixa íons dopantes fixos sem portador de compensação: próximos à interface sobram cargas negativas (íons aceitadores A^-) no lado P e cargas positivas (íons doadores D^+) no lado N. Essas cargas imobilizadas criam um campo elétrico interno \mathbf{E} apontando de N para P, que gera um potencial de barreira \phi_0. Quando esse campo se torna suficientemente forte, ele impede nova difusão de portadores, estabelecendo o equilíbrio.

Passo 4

A região de depleção (ou região esgotada) é justamente essa zona ao redor da junção onde os portadores livres foram recombinados e restaram apenas os íons fixos. Ela possui uma largura típica
W = \sqrt{\frac{2\,\varepsilon_s}{q}\,\phi_0\Bigl(\frac{1}{N_A}+\frac{1}{N_D}\Bigr)}
é neutra globalmente, mas com distribuição de cargas espaciais que sustenta o campo e o potencial de junção.

Resposta

A região de depleção é a zona em torno da interface PN onde a difusão inicial de elétrons e buracos causa recombinação, deixando apenas íons dopantes fixos (cargas espaciais). Esses íons geram um campo elétrico e um potencial de barreira que equilibram a difusão e definem a largura da região esgotada de portadores livres.

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