11 fatos sobre transistor: características, BandGap

Conteúdo

Neste artigo iremos discutir sobre os conceitos básicos relacionados ao transistor e suas características. 

• Definição de Transistor
• Características de um transistor
• Diagrama do transistor PNP e NPN
• Configuração
• O que é um semicondutor do tipo P?
• O que é semicondutor tipo N?
• O que é Band Gap?
• Gap Proibida
• Faixa de Valência
• Banda de condução
• Semicondutor intrínseco
• Semicondutor extrínseco
• Bandgap direto e indireto
• Efeito Moss-Burstein

Definição de um transistor:

“O transistor é um dispositivo semicondutor com três partes de conexão. Este dispositivo é usado principalmente para amplificação para aplicações de comutação de sinais eletrônicos ”.

Transistor Características:

• Um transistor representa a relação entre a corrente e as tensões.
  • É uma rede de duas portas em geral
  • Cada um dos modos de transistor tem diferentes características de entrada, características de saída e características de transferência de corrente.
  • Um transistor tem três pólos, e cada um dos pólos é feito principalmente de substrato tipo N e tipo P.

Um transistor consiste em três terminais

• Emissor
• Fundo
• Colecionador

Transistor foi dividido em duas categorias principais

• Transistor de junção bipolar (BJT)
• Transistor de efeito de campo (FET)

Também existem três modos em um transistor

• Emissor comum ou modo CE
• Base comum ou modo CB
• Coletor comum ou modo CC

Diagrama do transistor PNP e NPN

Para saber mais sobre PNP e transistores NPN, primeiro, temos que saber sobre semicondutores tipo P e tipo N.

O que é um semicondutor do tipo P?

Um semicondutor tipo P (ligação) é um tipo de semicondutor quando alguma impureza (principalmente trivalente) é adicionada ao semicondutor intrínseco ou puro. Nesses tipos, os furos são majoritários e os eletrônicos são portadores minoritários. As impurezas trivalentes podem ser Boro (B), Gálio (Ga), etc.

O que é semicondutor tipo N?

Um semicondutor do tipo N é um tipo de semicondutor quando algumas impurezas (principalmente pentavalentes) são dopadas com um semicondutor extrínseco. Nesse caso, os elétrons são portadores majoritários ou primários e os buracos são portadores minoritários ou secundários.

Alguns dos exemplos são Fósforo (P), Arsênio (As) etc.

Em semicondutores do tipo N e do tipo P, observamos diferentes tipos de 'bandas de energia' que desempenham um papel importante na função de um transistor; eles são:-

Crédito de imagem: Tem5psu, Doping N e p, CC BY-SA 4.0

intervalo de banda

“O Band Gap se refere à diferença de energia entre o topo da faixa de saia e a parte inferior da faixa de condução em um isolador e semicondutor.”

- Esta é uma faixa de energia para sólidos basicamente onde nenhum estado de elétron pode existir.

Gap Proibida

- Em um sólido, a faixa de energias de um elétron dentro do sólido pode ter uma faixa de energia, e uma faixa de energia que ele pode não ter é chamada de lacuna proibida.

Banda de Valance e Banda de Condução

Em estados sólidos, a banda de valância e as bandas de condução são as bandas mais próximas do nível de Fermi (uma quantidade termodinâmica denotada por µ) e determinam a condutividade elétrica dos sólidos.

Para construir um transistor, precisamos de dois tipos de semicondutores, que são:

1. Semicondutor intrínseco

• - Os materiais estão na forma pura
• - Baixa condutividade elétrica
• - Nº de elétrons livres na banda de condução = Nº de buracos na banda de valência
• - A condutividade elétrica é influenciada pela temperatura.

2. Semicondutor extrínseco

Semicondutores extrínsecos são divididos em mais dois tipos

• tipo n
• p-type

• - Material impuro dopado com dopantes tipo p e tipo n
• - O número de lacunas e elétrons não são iguais
• - Alta condutividade elétrica
• - Impurezas como Sb, P, ln, Bi são dopadas com átomos de silício e germânio.

Bandgap direto e indireto

Na eletrônica de semicondutores, o bandgap de um semicondutor pode ser classificado nas formas básicas da seguinte forma:

• Bandgap direto
• Bandgap indireto.

Dependentes das estruturas de banda, as substâncias têm um bandgap direto ou indireto.

• O band-gap direto ocorre quando o momento do nível de baixa energia da região condutora e o nível de alta energia da região de valência são semelhantes.
• O band-gap indireto ocorre quando o momento do nível de baixa energia da região condutiva e o nível de alta energia da região de valência não são semelhantes.
• Quando um elétron tem energia suficiente, eles podem alcançar a banda condutiva. Nesse processo, os fótons estão sendo emitidos.  
• Para um material bandgap indireto, tanto o fóton quanto o fônon foram incluídos em uma transição do topo da banda de valência superior para a banda de condução inferior.

O estado de energia máxima na banda de valência e o estado de energia mínima na banda de condução são distinguidos pelo vetor k das zonas de Brillouin ou por um momento cristalino particular. No caso de os k-vetores serem distintos, a substância possui uma “lacuna indireta”. O bandgap é conhecido como direto se o movimento do cristal de buracos e elétrons for igual nas bandas de condução e valência; a e^- poderia emitir um fóton. Um fóton não pode ser emitido dentro de uma lacuna "indireta", pois o elétron tem que passar por uma lacuna intermediária e transferir o momento para a rede cristalina.

O que é material semimetal?

Em certas substâncias com lacuna direta, o valor da diferença é negativo. Essas substâncias são chamadas de semimetais.

Efeito Moss-Burstein

O efeito Moss-Burstein ou mudança Burstein-Moss é o prodígio onde o bandgap de um semicondutor pode aumentar.

• Isso é testemunhado por uma distribuição de elétrons degenerada ou em alguma variante de semicondutores.  
• De acordo com a mudança de Moss-Burstein, o Band Gap é

Diferença de banda aparente = diferença de banda real + mudança de Moss-Burstein

Em semicondutores ostensivamente dopados, o nível de Fermi deve ser encontrado entre as bandas de valência e condução.

Por exemplo, em um semicondutor do tipo n, conforme a concentração de dopagem aumenta, os elétrons se povoam nas regiões de condução que obrigam o nível de Fermi a um rótulo de energia mais alto.

O nível de Fermi está localizado na banda de condução para quantidade degenerada de dopagem. O princípio de exclusão de Pauli proíbe a excitação para esses estados pré-ocupados. Assim, um aumento é observado aparentemente no bandgap.

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Soumali Bhattacharya

Olá, sou Soumali Bhattacharya. Fiz mestrado em Eletrônica.
Atualmente estou investido na área de Eletrônica e comunicação.
Meus artigos concentram-se nas principais áreas da eletrônica central em uma abordagem muito simples, mas informativa.
Sou um aprendiz vívido e procuro me manter atualizado com todas as tecnologias mais recentes na área de Eletrônica.

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