UFABC_CIRCFOTO_Aula 01 - Semicondutores. Diodos. Fontes e Detectores I_03062013a

BC1519 BC1519 BC1519 BC1519 BC1519 BC1519 BC1519 BC1519 CircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitos EltricosEltricosEltricosEltricosEltricosEltricosEltricosEltricos e e e e e e e e FotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnica

ApresentaoApresentaoApresentaoApresentao

Marcos R. R. Gesualdi Marcos R. R. Gesualdi Marcos R. R. Gesualdi Marcos R. R. Gesualdi

Centro de Engenharia, Modelagem e Cincias Sociais Aplicadas (CECS)Centro de Engenharia, Modelagem e Cincias Sociais Aplicadas (CECS)Centro de Engenharia, Modelagem e Cincias Sociais Aplicadas (CECS)Centro de Engenharia, Modelagem e Cincias Sociais Aplicadas (CECS) Universidade Federal do ABC, Santo Andr Universidade Federal do ABC, Santo Andr Universidade Federal do ABC, Santo Andr Universidade Federal do ABC, Santo Andr SP SP SP SP ---- BrasilBrasilBrasilBrasil

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MotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivao

PorquePorquePorquePorquePorquePorquePorquePorque... ... ... ... ... ... ... ... CircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitos........................EletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnica........................

MotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivao

EletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnicaEletrnica........................FotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnica........................

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MotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivaoMotivao

BCBCBCBCBCBCBCBC1519 1519 1519 1519 1519 1519 1519 1519 CircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitosCircuitos EltricosEltricosEltricosEltricosEltricosEltricosEltricosEltricos e e e e e e e e FotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnica

BibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografia

BibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografia BsicaBsicaBsicaBsicaBsicaBsicaBsicaBsica ((((((((FotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnica))))))))::::::::1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. HallidayHallidayHallidayHallidayHallidayHallidayHallidayHalliday, , , , , , , , ResnickResnickResnickResnickResnickResnickResnickResnick and and and and and and and and KraneKraneKraneKraneKraneKraneKraneKrane, Fsica 4, 5 ed., LTC (2004)., Fsica 4, 5 ed., LTC (2004)., Fsica 4, 5 ed., LTC (2004)., Fsica 4, 5 ed., LTC (2004)., Fsica 4, 5 ed., LTC (2004)., Fsica 4, 5 ed., LTC (2004)., Fsica 4, 5 ed., LTC (2004)., Fsica 4, 5 ed., LTC (2004).22222222........ EEEEEEEE........ HetchHetchHetchHetchHetchHetchHetchHetch,,,,,,,, pticapticapticapticapticapticapticaptica FundaoFundaoFundaoFundaoFundaoFundaoFundaoFundao CalousteCalousteCalousteCalousteCalousteCalousteCalousteCalouste GumbekhianGumbekhianGumbekhianGumbekhianGumbekhianGumbekhianGumbekhianGumbekhian ((((((((20042004200420042004200420042004))))))))........

BibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografia ComplementarComplementarComplementarComplementarComplementarComplementarComplementarComplementar ((((((((FotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnica))))))))::::::::11111111........ MMMMMMMM........ Young,Young,Young,Young,Young,Young,Young,Young, pticapticapticapticapticapticapticaptica eeeeeeee Lasers,Lasers,Lasers,Lasers,Lasers,Lasers,Lasers,Lasers, EDUSPEDUSPEDUSPEDUSPEDUSPEDUSPEDUSPEDUSP ((((((((20002000200020002000200020002000))))))))........

22222222........ SSSSSSSS........ OOOOOOOO........ KasapKasapKasapKasapKasapKasapKasapKasap,,,,,,,, OptoelectronicsOptoelectronicsOptoelectronicsOptoelectronicsOptoelectronicsOptoelectronicsOptoelectronicsOptoelectronics andandandandandandandand Photonics,Photonics,Photonics,Photonics,Photonics,Photonics,Photonics,Photonics, PrenticePrenticePrenticePrenticePrenticePrenticePrenticePrentice HallHallHallHallHallHallHallHall ((((((((20012001200120012001200120012001)))))))) ........


33333333........ BBBB.... EEEE.... AAAA.... SalehSalehSalehSaleh andandandand MMMM.... CCCC.... TeichTeichTeichTeich,,,, FundamentalsFundamentalsFundamentalsFundamentalsFundamentalsFundamentalsFundamentalsFundamentals ofofofofofofofof Photonics,Photonics,Photonics,Photonics,Photonics,Photonics,Photonics,Photonics, WileyWileyWileyWileyWileyWileyWileyWiley ((((((((20062006200620062006200620062006))))))))........

SoftwaresSoftwaresSoftwaresSoftwaresSoftwaresSoftwaresSoftwaresSoftwares dededededededede ApoioApoioApoioApoioApoioApoioApoioApoio::::::::11111111........ PspicePspicePspicePspicePspicePspicePspicePspice,,,, LambdaLambdaLambdaLambda ResResResRes.... CorpCorpCorpCorp.... ((((2005200520052005))))....22222222........ OSLO,OSLO,OSLO,OSLO,OSLO,OSLO,OSLO,OSLO, VirtualVirtualVirtualVirtualVirtualVirtualVirtualVirtual LabLabLabLabLabLabLabLab eeeeeeee MatLabMatLabMatLabMatLabMatLabMatLabMatLabMatLab....

AulasAulasAulasAulasAulasAulasAulasAulas::::::::DisponibilizadasDisponibilizadasDisponibilizadasDisponibilizadasDisponibilizadasDisponibilizadasDisponibilizadasDisponibilizadas viaviaviaviaviaviaviavia ColColColColColColColCol:::::::: httphttphttphttphttphttphttphttp:::::::://col//col//col//col//col//col//col//col........larclarclarclarclarclarclarclarc........uspuspuspuspuspuspuspusp........brbrbrbrbrbrbrbr

Fotnica.Fotnica.Fotnica.Fotnica.


Fotnica.Fotnica.Fotnica.Fotnica.Semicondutores. Diodos. Fontes e Semicondutores. Diodos. Fontes e Semicondutores. Diodos. Fontes e Semicondutores. Diodos. Fontes e Detectores de Luz IDetectores de Luz IDetectores de Luz IDetectores de Luz I

Marcos R. R. Gesualdi Marcos R. R. Gesualdi Marcos R. R. Gesualdi Marcos R. R. Gesualdi

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Fotnica. Semicondutores. Diodo. Fontes e DetectoresFotnica. Semicondutores. Diodo. Fontes e DetectoresFotnica. Semicondutores. Diodo. Fontes e DetectoresFotnica. Semicondutores. Diodo. Fontes e Detectores


Fotnica. Semicondutores. Diodo. Fontes e DetectoresFotnica. Semicondutores. Diodo. Fontes e DetectoresFotnica. Semicondutores. Diodo. Fontes e DetectoresFotnica. Semicondutores. Diodo. Fontes e Detectores

Diodo e LED (Light Emitting Diode)Diodo e LED (Light Emitting Diode)Diodo e LED (Light Emitting Diode)Diodo e LED (Light Emitting Diode)Lasers (Light Amplification Stimulated Emission Lasers (Light Amplification Stimulated Emission Lasers (Light Amplification Stimulated Emission Lasers (Light Amplification Stimulated Emission

Radiation)Radiation)Radiation)Radiation)

SemicondutoresSemicondutoresSemicondutoresSemicondutoresO que FotnicaO que FotnicaO que FotnicaO que Fotnica

Radiation)Radiation)Radiation)Radiation)FotodetectoresFotodetectoresFotodetectoresFotodetectores

O que Fotnica?O que Fotnica?O que Fotnica?O que Fotnica?


O que Fotnica?O que Fotnica?O que Fotnica?O que Fotnica?

Fotnica e FtonsFotnica e FtonsFotnica e FtonsFotnica e FtonsRadiao e Espectro EletromagnticoRadiao e Espectro EletromagnticoRadiao e Espectro EletromagnticoRadiao e Espectro EletromagnticoAplicaes e DispositivosAplicaes e DispositivosAplicaes e DispositivosAplicaes e Dispositivos

O que FOTNICA?O que FOTNICA?O que FOTNICA?O que FOTNICA?O que FOTNICA?O que FOTNICA?O que FOTNICA?O que FOTNICA?

FotnicaFotnicaFotnicaFotnica a rea da cincia relacionada gerao, processamento e a rea da cincia relacionada gerao, processamento e a rea da cincia relacionada gerao, processamento e a rea da cincia relacionada gerao, processamento e deteco de deteco de deteco de deteco de ftonsftonsftonsftons. . . .


deteco de deteco de deteco de deteco de ftonsftonsftonsftons. . . .

Analogia Analogia Analogia Analogia FotnicaFotnicaFotnicaFotnica FtonsFtonsFtonsFtonsEletrnica Eletrnica Eletrnica Eletrnica EltronsEltronsEltronsEltrons

O que so FTONS? O que so FTONS? O que so FTONS? O que so FTONS? O que so FTONS? O que so FTONS? O que so FTONS? O que so FTONS? Fton = Partcula elementar associada radiao eletromagnticaFton = Partcula elementar associada radiao eletromagnticaFton = Partcula elementar associada radiao eletromagnticaFton = Partcula elementar associada radiao eletromagntica

pacote elementar de energiapacote elementar de energiapacote elementar de energiapacote elementar de energia= Quantum de energia eletromagntica = Quantum de energia eletromagntica = Quantum de energia eletromagntica = Quantum de energia eletromagntica = Quantum de energia eletromagntica = Quantum de energia eletromagntica = Quantum de energia eletromagntica = Quantum de energia eletromagntica

Luz = Forma de radiao eletromagntica Luz = Forma de radiao eletromagntica Luz = Forma de radiao eletromagntica Luz = Forma de radiao eletromagntica = Feixe de ftons= Feixe de ftons= Feixe de ftons= Feixe de ftons

Equao de PlanckEquao de PlanckEquao de PlanckEquao de Planck----Einstein Einstein Einstein Einstein Relaciona a energia de um fton Relaciona a energia de um fton Relaciona a energia de um fton Relaciona a energia de um fton frequnciafrequnciafrequnciafrequncia da radiaoda radiaoda radiaoda radiao

hhhh = Constante de Planck; [= Constante de Planck; [= Constante de Planck; [= Constante de Planck; [hhhh] = Energia ] = Energia ] = Energia ] = Energia tempo ; SI: [tempo ; SI: [tempo ; SI: [tempo ; SI: [hhhh] = Joule ] = Joule ] = Joule ] = Joule segundo (Js)segundo (Js)segundo (Js)segundo (Js)hhhh = 6.63= 6.63= 6.63= 6.631010101034343434 Js (SI) // Js (SI) // Js (SI) // Js (SI) // h h h h = 4.14= 4.14= 4.14= 4.141010101015151515 eVeVeVeVs (1 s (1 s (1 s (1 eVeVeVeV = 1.60= 1.60= 1.60= 1.601010101019191919 J)J)J)J)

Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: FrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequncia e comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de onda

FrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequncia Nmero de oscilaes por segundoNmero de oscilaes por segundoNmero de oscilaes por segundoNmero de oscilaes por segundoSmbolo: Smbolo: Smbolo: Smbolo:


Smbolo: Smbolo: Smbolo: Smbolo: Unidade SI (Unidade SI (Unidade SI (Unidade SI (SSSSistema istema istema istema IIIInternacional): [nternacional): [nternacional): [nternacional): [ ] = segundo] = segundo] = segundo] = segundo1111 = Hertz (Hz)= Hertz (Hz)= Hertz (Hz)= Hertz (Hz)

Comprimento de onda distncia entre dois mximos (ou mnimos) Comprimento de onda distncia entre dois mximos (ou mnimos) Comprimento de onda distncia entre dois mximos (ou mnimos) Comprimento de onda distncia entre dois mximos (ou mnimos) sucessivos da onda sucessivos da onda sucessivos da onda sucessivos da onda

Smbolo: Smbolo: Smbolo: Smbolo: Unidade SI: [Unidade SI: [Unidade SI: [Unidade SI: [ ] = metro (m)] = metro (m)] = metro (m)] = metro (m)Unidade SI: [Unidade SI: [Unidade SI: [Unidade SI: [ ] = metro (m)] = metro (m)] = metro (m)] = metro (m)

e e e e esto relacionados com velocidade da luz (esto relacionados com velocidade da luz (esto relacionados com velocidade da luz (esto relacionados com velocidade da luz (cccc) ) ) ) atravs da expresso: atravs da expresso: atravs da expresso: atravs da expresso: c = c = c = c = zzzz

Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: Radiao eletromagntica: FrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequnciaFrequncia e comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de ondae comprimento de onda

ESPECTRO ELETROMAGNTICOESPECTRO ELETROMAGNTICOESPECTRO ELETROMAGNTICOESPECTRO ELETROMAGNTICO

FrequnciasFrequnciasFrequnciasFrequncias aproximadasaproximadasaproximadasaproximadas em Hertz (ciclos/em Hertz (ciclos/em Hertz (ciclos/em Hertz (ciclos/segsegsegseg))))


FrequnciasFrequnciasFrequnciasFrequncias aproximadasaproximadasaproximadasaproximadas em Hertz (ciclos/em Hertz (ciclos/em Hertz (ciclos/em Hertz (ciclos/segsegsegseg)))) Raios Gama: Raios Gama: Raios Gama: Raios Gama: 1010101022222222 (Hz) (Hz) (Hz) (Hz) Infravermelho: Infravermelho: Infravermelho: Infravermelho: 1010101013131313 Raios X: Raios X: Raios X: Raios X: 1010101018181818 Microondas: Microondas: Microondas: Microondas: 1010101010101010 Ultravioleta: Ultravioleta: Ultravioleta: Ultravioleta: 1010101016161616 FMFMFMFM----AM: AM: AM: AM: 101010108888 ---- 101010106666 Luz visvel: Luz visvel: Luz visvel: Luz visvel: 55551010101014 14 14 14 Ondas longas: Ondas longas: Ondas longas: Ondas longas: 101010104444 ---- 1111

FAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICO

COR: Definida pela COR: Definida pela COR: Definida pela COR: Definida pela frequnciafrequnciafrequnciafrequncia da radiaoda radiaoda radiaoda radiao

Espectro visvel Espectro visvel Espectro visvel Espectro visvel de de de de 750 750 750 750 THzTHzTHzTHz (violeta) at (violeta) at (violeta) at (violeta) at 430 430 430 430 THzTHzTHzTHz (vermelho)(vermelho)(vermelho)(vermelho)


Espectro visvel Espectro visvel Espectro visvel Espectro visvel de de de de 750 750 750 750 THzTHzTHzTHz (violeta) at (violeta) at (violeta) at (violeta) at 430 430 430 430 THzTHzTHzTHz (vermelho)(vermelho)(vermelho)(vermelho)Ordem de grandeza: Ordem de grandeza: Ordem de grandeza: Ordem de grandeza: 55551010101014141414 ciclos/segundociclos/segundociclos/segundociclos/segundo 0.5 0.5 0.5 0.5 m (1 m (1 m (1 m (1 m = 1m = 1m = 1m = 1101010106666 m = 1 milsimo de milmetro)m = 1 milsimo de milmetro)m = 1 milsimo de milmetro)m = 1 milsimo de milmetro)

FAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICOFAIXA VISVEL DO ESPECTRO ELETROMAGNTICO

FOTNICA: APLICAES E DISPOSITIVOSFOTNICA: APLICAES E DISPOSITIVOSFOTNICA: APLICAES E DISPOSITIVOSFOTNICA: APLICAES E DISPOSITIVOSAplicaes: Aplicaes concentradas principalmente a regio que cobre a faixa Aplicaes: Aplicaes concentradas principalmente a regio que cobre a faixa Aplicaes: Aplicaes concentradas principalmente a regio que cobre a faixa Aplicaes: Aplicaes concentradas principalmente a regio que cobre a faixa espectral do UV, espectral do UV, espectral do UV, espectral do UV, VisvelVisvelVisvelVisvel, e , e , e , e IRIRIRIR....


espectral do UV, espectral do UV, espectral do UV, espectral do UV, VisvelVisvelVisvelVisvel, e , e , e , e IRIRIRIR....Dispositivos: Grande parte dos dispositivos utilizados em Dispositivos: Grande parte dos dispositivos utilizados em Dispositivos: Grande parte dos dispositivos utilizados em Dispositivos: Grande parte dos dispositivos utilizados em fotnicafotnicafotnicafotnica so fabricados a so fabricados a so fabricados a so fabricados a partir de partir de partir de partir de materiais semicondutoresmateriais semicondutoresmateriais semicondutoresmateriais semicondutores....Ex.: Ex.: Ex.: Ex.: LEDsLEDsLEDsLEDs, Lasers de semicondutores, Fotodiodos, etc., Lasers de semicondutores, Fotodiodos, etc., Lasers de semicondutores, Fotodiodos, etc., Lasers de semicondutores, Fotodiodos, etc.


Semicondutores e Bandas de EnergiaSemicondutores e Bandas de EnergiaSemicondutores e Bandas de EnergiaSemicondutores e Bandas de Energia

SemicondutoresSemicondutoresSemicondutoresSemicondutores e e e e BandasBandasBandasBandas de de de de EnergiaEnergiaEnergiaEnergia

SemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutor e e e e e e e e BandasBandasBandasBandasBandasBandasBandasBandas de de de de de de de de EnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergia

tomo Portadores de carga + : buracos (p)tomo Portadores de carga + : buracos (p)tomo Portadores de carga + : buracos (p)tomo Portadores de carga + : buracos (p)Portadores de carga Portadores de carga Portadores de carga Portadores de carga ---- : eltrons (e): eltrons (e): eltrons (e): eltrons (e)


E = 0

Free electronElectron Energy, E

2 p Band3s Band

Vacuumlevel

Fisica Moderna: energia dos portadores quantizadaFisica Moderna: energia dos portadores quantizadaFisica Moderna: energia dos portadores quantizadaFisica Moderna: energia dos portadores quantizada

Interaes interatmicas Interaes interatmicas Interaes interatmicas Interaes interatmicas

Bandas de energiaBandas de energiaBandas de energiaBandas de energia

----- completa: ISOLANTEcompleta: ISOLANTEcompleta: ISOLANTEcompleta: ISOLANTE-

BandasBandasBandasBandas de de de de EnergiaEnergiaEnergiaEnergiatomo de Li Metal cristalino Ltio (tomo de Li Metal cristalino Ltio (tomo de Li Metal cristalino Ltio (tomo de Li Metal cristalino Ltio (1010101023232323 a) a) a) a)

2 s Band

Overlapping energybands

Electrons2 s2 p

3 s3 p

1 s 1sSOLIDATOM

2 p Band

In a metal the various energy bands overlap to give a single band

------ incompleta: METALincompleta: METALincompleta: METALincompleta: METAL--Fenmenos de transporte deFenmenos de transporte deFenmenos de transporte deFenmenos de transporte de-Portadores de carga, ou seja, Portadores de carga, ou seja, Portadores de carga, ou seja, Portadores de carga, ou seja,

CONDUTORCONDUTORCONDUTORCONDUTOR

Cristal Semicondutor Cristal Si cada tomo Si tem Cristal Semicondutor Cristal Si cada tomo Si tem Cristal Semicondutor Cristal Si cada tomo Si tem Cristal Semicondutor Cristal Si cada tomo Si tem 4 4 4 4 vizinhos vizinhos vizinhos vizinhos ligadosligadosligadosligados



Interao eletrnica Interao eletrnica Interao eletrnica Interao eletrnica 4 4 4 4 eltrons na camada de valnciaeltrons na camada de valnciaeltrons na camada de valnciaeltrons na camada de valncia

Bandas de energia banda de valncia (BV)Bandas de energia banda de valncia (BV)Bandas de energia banda de valncia (BV)Bandas de energia banda de valncia (BV)EEEEgggg bandgap (energia do gap)bandgap (energia do gap)bandgap (energia do gap)bandgap (energia do gap)

banda de conduo (BC)banda de conduo (BC)banda de conduo (BC)banda de conduo (BC)

BV: funes de onda elementaresBV: funes de onda elementaresBV: funes de onda elementaresBV: funes de onda elementaresligaes atmicasligaes atmicasligaes atmicasligaes atmicas

Electron energy, E

E +

Covalent bond Si ion core (+4e)

ligaes atmicasligaes atmicasligaes atmicasligaes atmicaseltrons de valnciaeltrons de valnciaeltrons de valnciaeltrons de valncia

BC: funes de onda eletrnicasBC: funes de onda eletrnicasBC: funes de onda eletrnicasBC: funes de onda eletrnicas+ energticas+ energticas+ energticas+ energticas

EEEEgggg = E= E= E= Ecccc ---- EEEEvvvv

Conduction Band (CB)Empty of electrons at 0 K.

Valence Band (VB)Full of electrons at 0 K.

Ec

Ev

0

Ec+

(b)

Band gap = Eg

(a)

SemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutor e e e e e e e e BandasBandasBandasBandasBandasBandasBandasBandas de de de de de de de de EnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaCristal de SilcioCristal de SilcioCristal de SilcioCristal de Silcio

Criao de um eltron ou buraco livre no cristal de SiCriao de um eltron ou buraco livre no cristal de SiCriao de um eltron ou buraco livre no cristal de SiCriao de um eltron ou buraco livre no cristal de Si


hole

CBE

c

Ec+

EgFree eh > Eg

Electron energy, E

h

Criao de um eltron ou buraco livre no cristal de SiCriao de um eltron ou buraco livre no cristal de SiCriao de um eltron ou buraco livre no cristal de SiCriao de um eltron ou buraco livre no cristal de Si

fotn (hv Eg)fotn (hv Eg)fotn (hv Eg)fotn (hv Eg)

cristal Sicristal Sicristal Sicristal Si

eltron salta da BV para BCeltron salta da BV para BCeltron salta da BV para BCeltron salta da BV para BC ehole

VB

Ev

0

EgHole h+

(a) (b)

eltron salta da BV para BCeltron salta da BV para BCeltron salta da BV para BCeltron salta da BV para BCestado menos energtico estado menos energtico estado menos energtico estado menos energtico

para para para para mais energticomais energticomais energticomais energtico

eeee---- e he he he h++++ so geradosso geradosso geradosso gerados


Conduo em semicondutores portadores de carga eltrons eConduo em semicondutores portadores de carga eltrons eConduo em semicondutores portadores de carga eltrons eConduo em semicondutores portadores de carga eltrons e----buracos hburacos hburacos hburacos h++++


buracos hburacos hburacos hburacos h

Gerao por radiao fotn (hGerao por radiao fotn (hGerao por radiao fotn (hGerao por radiao fotn (hvvvv E E E Egggg))))

par eltronpar eltronpar eltronpar eltron----buracoburacoburacoburaco

Gerao Trmica Energia TrmicaGerao Trmica Energia TrmicaGerao Trmica Energia TrmicaGerao Trmica Energia Trmica----VibraoVibraoVibraoVibrao

par eltronpar eltronpar eltronpar eltron----buraco rompe ligaoburaco rompe ligaoburaco rompe ligaoburaco rompe ligaopar eltronpar eltronpar eltronpar eltron----buraco rompe ligaoburaco rompe ligaoburaco rompe ligaoburaco rompe ligao

Recombinao eRecombinao eRecombinao eRecombinao e---- (h(h(h(h++++) volta de BC para BV) volta de BC para BV) volta de BC para BV) volta de BC para BV

fotn (hfotn (hfotn (hfotn (hvvvv = E= E= E= Egggg))))

Condutividade Condutividade Condutividade Condutividade eN eN eN eNddddeeee


Isolantes, Metais e SemicondutoresIsolantes, Metais e SemicondutoresIsolantes, Metais e SemicondutoresIsolantes, Metais e SemicondutoresIsolantes, Metais e SemicondutoresIsolantes, Metais e SemicondutoresIsolantes, Metais e SemicondutoresIsolantes, Metais e Semicondutores


SemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutoreseseseseseseses

Materiais de condutividade intermediria entre os metais e os isolantesMateriais de condutividade intermediria entre os metais e os isolantesMateriais de condutividade intermediria entre os metais e os isolantesMateriais de condutividade intermediria entre os metais e os isolantesCondutividade Condutividade Condutividade Condutividade Capacidade de conduzir eletricidade Capacidade de conduzir eletricidade Capacidade de conduzir eletricidade Capacidade de conduzir eletricidade Relacionada Relacionada Relacionada Relacionada mobilidade das cargasmobilidade das cargasmobilidade das cargasmobilidade das cargas


Condutividade Condutividade Condutividade Condutividade Capacidade de conduzir eletricidade Capacidade de conduzir eletricidade Capacidade de conduzir eletricidade Capacidade de conduzir eletricidade Relacionada Relacionada Relacionada Relacionada mobilidade das cargasmobilidade das cargasmobilidade das cargasmobilidade das cargaseltricas no materialeltricas no materialeltricas no materialeltricas no material

Classificao dos materiais quanto condutividade eltricaClassificao dos materiais quanto condutividade eltricaClassificao dos materiais quanto condutividade eltricaClassificao dos materiais quanto condutividade eltricaClassificao dos materiais quanto condutividade eltricaClassificao dos materiais quanto condutividade eltricaClassificao dos materiais quanto condutividade eltricaClassificao dos materiais quanto condutividade eltricaMETALMETALMETALMETAL

Excelente condutorExcelente condutorExcelente condutorExcelente condutor > > > > 101010105555 S/m (= S/m (= S/m (= S/m (= 101010103333 S/cm)S/cm)S/cm)S/cm)

ISOLANTEISOLANTEISOLANTEISOLANTEPssimo condutorPssimo condutorPssimo condutorPssimo condutor

< < < < 101010106666 S/m (= S/m (= S/m (= S/m (= 101010108888 S/cm)S/cm)S/cm)S/cm)

SEMICONDUTORSEMICONDUTORSEMICONDUTORSEMICONDUTORCondutividade intermediriaCondutividade intermediriaCondutividade intermediriaCondutividade intermediria

101010106666 S/m < S/m < S/m < S/m < < < < < 101010105555 S/mS/mS/mS/m

SemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutoreseseseseseseses

FaixasFaixasFaixasFaixasFaixasFaixasFaixasFaixas aproximadasaproximadasaproximadasaproximadasaproximadasaproximadasaproximadasaproximadas de de de de de de de de condutividadecondutividadecondutividadecondutividadecondutividadecondutividadecondutividadecondutividade paraparaparaparaparaparaparapara condutorescondutorescondutorescondutorescondutorescondutorescondutorescondutores, , , , , , , , isolantesisolantesisolantesisolantesisolantesisolantesisolantesisolantes eeeeeeeesemicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutores


semicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutoressemicondutores

SemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutor e e e e e e e e BandasBandasBandasBandasBandasBandasBandasBandas de de de de de de de de EnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaSemicondutores Extrnsecos (Impurezas ou Dopantes)Semicondutores Extrnsecos (Impurezas ou Dopantes)Semicondutores Extrnsecos (Impurezas ou Dopantes)Semicondutores Extrnsecos (Impurezas ou Dopantes)

s na concentrao de portadores de carga no cristal (e s na concentrao de portadores de carga no cristal (e s na concentrao de portadores de carga no cristal (e s na concentrao de portadores de carga no cristal (e----h)h)h)h)


(a) (b)Electron Energy


p. e., no cristal de Si dopado com As (impureza pentavalente p. e., no cristal de Si dopado com As (impureza pentavalente p. e., no cristal de Si dopado com As (impureza pentavalente p. e., no cristal de Si dopado com As (impureza pentavalente 5 5 5 5 eeee---- ))))

1 1 1 1 As ligado com As ligado com As ligado com As ligado com 4 4 4 4 Si Si Si Si 1 1 1 1 eeee---- no ligado (eltron livre)no ligado (eltron livre)no ligado (eltron livre)no ligado (eltron livre)

+ + + + 0000....05050505eVeVeVeV

eAs+

x

As+ As+ As+ As+

Ec

Ed

CB

Ev

~0.05 eV

As atom sites every 106 Si atoms

Distance intocrystal

(a) The four valence electrons of As

1 1 1 1 eeee---- na BCna BCna BCna BC

SEMICONDUTOR SEMICONDUTOR SEMICONDUTOR SEMICONDUTOR TIPO nTIPO nTIPO nTIPO n

SemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutorSemicondutor e e e e e e e e BandasBandasBandasBandasBandasBandasBandasBandas de de de de de de de de EnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaSemicondutores Extrnsecos (Impurezas ou Dopantes)Semicondutores Extrnsecos (Impurezas ou Dopantes)Semicondutores Extrnsecos (Impurezas ou Dopantes)Semicondutores Extrnsecos (Impurezas ou Dopantes)



x

B atom sites every 106 Si atoms

Distanceinto crystal

Ec

Electron energy


p. e., no cristal de Si dopado com B (impureza trivalente p. e., no cristal de Si dopado com B (impureza trivalente p. e., no cristal de Si dopado com B (impureza trivalente p. e., no cristal de Si dopado com B (impureza trivalente 3 3 3 3 eeee---- ))))

1 1 1 1 B ligado com B ligado com B ligado com B ligado com 4 4 4 4 Si Si Si Si 1 1 1 1 hhhh+ + + + no ligado (buraco livre)no ligado (buraco livre)no ligado (buraco livre)no ligado (buraco livre)+ + + + 0000....05050505eVeVeVeV

1 1 1 1 hhhh+ + + + na BVna BVna BVna BV

Bh+

(a)

B

Ev

Ea

into crystal

~0.05 eV

B B B

h+

VB

(b)(a) Boron doped Si crystal. B has only three valence electrons. When it

1 1 1 1 hhhh+ + + + na BVna BVna BVna BV

SEMICONDUTOR SEMICONDUTOR SEMICONDUTOR SEMICONDUTOR TIPO pTIPO pTIPO pTIPO p

(imobilidade de carga)(imobilidade de carga)(imobilidade de carga)(imobilidade de carga)


Semicondutores Intrnsecos e ExtrnsecosSemicondutores Intrnsecos e ExtrnsecosSemicondutores Intrnsecos e ExtrnsecosSemicondutores Intrnsecos e Extrnsecos


Ec

E

EFi

CB

EFp

EFnE

c

E

Ec

Ev

FpE

v Ev

VB

(a) (c)(b)


Diagrama de bandas de energia de uma semicondutor do tipo n com tenso VDiagrama de bandas de energia de uma semicondutor do tipo n com tenso VDiagrama de bandas de energia de uma semicondutor do tipo n com tenso VDiagrama de bandas de energia de uma semicondutor do tipo n com tenso Vaplicadaaplicadaaplicadaaplicada


Ec

E eV

V(x), PE (x)

x

PE (x) = eV E

Electron Energy

Ec eV

V(x)

EF

Ev

V

n-Type Semiconductor

EF eV

A

B

Ev eV

v

PrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipios da Juno pn e Diododa Juno pn e Diododa Juno pn e Diododa Juno pn e Diodo


DiodosDiodosDiodosDiodos

PrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipios da Juno pn e Diododa Juno pn e Diododa Juno pn e Diododa Juno pn e Diodo

PrincpiosPrincpiosPrincpiosPrincpios de de de de JunoJunoJunoJuno pnpnpnpn

PrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipios da Juno da Juno da Juno da Juno da Juno da Juno da Juno da Juno pnpnpnpnpnpnpnpn

Cristal Si dopadoCristal Si dopadoCristal Si dopadoCristal Si dopado

1 1 1 1 lado com As tipo nlado com As tipo nlado com As tipo nlado com As tipo n


B-

h+

p n

As+

(a)

1 1 1 1 lado com As tipo nlado com As tipo nlado com As tipo nlado com As tipo n

1 1 1 1 lado com Bo tipo plado com Bo tipo plado com Bo tipo plado com Bo tipo p

Dispositivo de juno pnDispositivo de juno pnDispositivo de juno pnDispositivo de juno pn

M

e

Neutral n-regionNeutral p-regionMetallurgical Junction

(a)

E

DIODODIODODIODODIODO(Elemento de (Elemento de (Elemento de (Elemento de 2 2 2 2 terminais)terminais)terminais)terminais)

Anodo e CatodoAnodo e CatodoAnodo e CatodoAnodo e Catodo


B-

h+

p n

As+

e

(a)Dispositivo de juno pn (Diodo)Dispositivo de juno pn (Diodo)Dispositivo de juno pn (Diodo)Dispositivo de juno pn (Diodo)

(a) Juno metalrgica: difuso(a) Juno metalrgica: difuso(a) Juno metalrgica: difuso(a) Juno metalrgica: difuso


nno

ppo

log(n), log(p)

E (x) M

Wp Wn

Neutral n-regionNeutral p-region

Space charge region Vo

V(x)

x

PE(x)

Metallurgical Junction

(b)

(c)

(e)

(f)

x0

Eo

Eo

M

M

WnWp

n

(a) Juno metalrgica: difuso(a) Juno metalrgica: difuso(a) Juno metalrgica: difuso(a) Juno metalrgica: difuso(b) Regio de depleo: campo(b) Regio de depleo: campo(b) Regio de depleo: campo(b) Regio de depleo: campo(c) Equilbrio: corrente nula(c) Equilbrio: corrente nula(c) Equilbrio: corrente nula(c) Equilbrio: corrente nula(d) Densidade de carga(d) Densidade de carga(d) Densidade de carga(d) Densidade de carga(e) Campo eltrico(e) Campo eltrico(e) Campo eltrico(e) Campo eltrico(f) Diferena de potencial(f) Diferena de potencial(f) Diferena de potencial(f) Diferena de potencial(g) Energia potencial da juno(g) Energia potencial da juno(g) Energia potencial da juno(g) Energia potencial da juno

p np np np n

xx = 0

pnonpo

-eNa

eNd

M

x

PE(x)

Electron PE(x)

(c)

WpWn

(d)

eVo

x (g)

eVo

Hole PE(x)

net

nip np np np nAlta resistncia ao Alta resistncia ao Alta resistncia ao Alta resistncia ao fluxo de correntefluxo de correntefluxo de correntefluxo de corrente

n pn pn pn pBaixa resistncia aoBaixa resistncia aoBaixa resistncia aoBaixa resistncia ao

fluxo de correntefluxo de correntefluxo de correntefluxo de corrente

PrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipios da Juno da Juno da Juno da Juno da Juno da Juno da Juno da Juno pnpnpnpnpnpnpnpnDiodoDiodoDiodoDiodo

Diodo ideal Diodo ideal Diodo ideal Diodo ideal corrente infinita num sentidocorrente infinita num sentidocorrente infinita num sentidocorrente infinita num sentido


Neutral n-regionNeutral p-regionE

o ELog (carrier concentration)

Minute increaseppo J

corrente infinita num sentidocorrente infinita num sentidocorrente infinita num sentidocorrente infinita num sentido(direto) (direto) (direto) (direto)

Juno pn com polarizao direta (chave fechada)Juno pn com polarizao direta (chave fechada)Juno pn com polarizao direta (chave fechada)Juno pn com polarizao direta (chave fechada)

diminuio da barreira de potencial para Vdiminuio da barreira de potencial para Vdiminuio da barreira de potencial para Vdiminuio da barreira de potencial para V0000 V corrente total cteV corrente total cteV corrente total cteV corrente total cte

Holediffusion

Electrondiffusion

np(0)p

n(0)

pno

npo

ppon

no

V

Excess holes

Excess electrons

xx

(a)

W

e(VoV)eVo M

x

Wo

Hole PE(x)

(b)

SCL J

elec

x

n-region

J = Jelec + Jh

SCL

Minority carrier diffusioncurrent

Majority carrier diffusionand drift current

Total current

Jhole

WnWp

p-region

J


Diodo ideal Diodo ideal Diodo ideal Diodo ideal corrente nula em outro sentido corrente nula em outro sentido corrente nula em outro sentido corrente nula em outro sentido


Neutral n-regionNeutral p-region

(a)(b)

Thermallygenerated

Eo+E

Minority CarrierConcentration

e(V +V )MHole PE(x)

corrente nula em outro sentido corrente nula em outro sentido corrente nula em outro sentido corrente nula em outro sentido (reverso) (reverso) (reverso) (reverso)

Juno pn com polarizao reversa (chave aberta)Juno pn com polarizao reversa (chave aberta)Juno pn com polarizao reversa (chave aberta)Juno pn com polarizao reversa (chave aberta)

Aumento da barreira de potencial para VAumento da barreira de potencial para VAumento da barreira de potencial para VAumento da barreira de potencial para V0000 + V+ V+ V+ V

Wo

Wo

x

W

HolesElectrons

DiffusionDrift

x

generatedEHP

pnonpo

Vr

e(Vo+Vr)eVo

W(V = Vr)


Ec

E

Ec

EFp

M

EFn

eVo

p nEo (a) EoE

e(VoV)

eV

Ec

EFnE

Ec

EFp

(b)

Diodo ideal Diodo ideal Diodo ideal Diodo ideal corrente infinita num sentido corrente infinita num sentido corrente infinita num sentido corrente infinita num sentido


Ev

EFn

Evnp

VI

np

Ev

Ev

(c)

e(Vo+Vr)

Ec

E

Eo+E (d)

Thermal

Ec

e(Vo+Vr)

Eo+E

SCL

corrente infinita num sentido corrente infinita num sentido corrente infinita num sentido corrente infinita num sentido (direto)(direto)(direto)(direto)

corrente nula no outro corrente nula no outro corrente nula no outro corrente nula no outro (reverso)(reverso)(reverso)(reverso)

Na prtica, corrente resultante de Na prtica, corrente resultante de Na prtica, corrente resultante de Na prtica, corrente resultante de fuga (reverso)fuga (reverso)fuga (reverso)fuga (reverso)

Vr

np

o

Ec

EFn

Ev

Ev

EFp

I = Very SmallVr

np

Thermalgeneration

Ec

EFnEv

EFp

Ev

o r

(b) Juno pn com polarizao (b) Juno pn com polarizao (b) Juno pn com polarizao (b) Juno pn com polarizao direta (chave fechada)direta (chave fechada)direta (chave fechada)direta (chave fechada)

(c) Juno pn com polarizao (c) Juno pn com polarizao (c) Juno pn com polarizao (c) Juno pn com polarizao reversa (chave aberta)reversa (chave aberta)reversa (chave aberta)reversa (chave aberta)


Diodo: AnimaoDiodo: AnimaoDiodo: AnimaoDiodo: AnimaoDiodo: AnimaoDiodo: AnimaoDiodo: AnimaoDiodo: Animao



Juno Juno Juno Juno Juno Juno Juno Juno pnpnpnpnpnpnpnpn: curva corrente: curva corrente: curva corrente: curva corrente: curva corrente: curva corrente: curva corrente: curva corrente--------tenso caractersticatenso caractersticatenso caractersticatenso caractersticatenso caractersticatenso caractersticatenso caractersticatenso caracterstica



Junes Junes Junes Junes Junes Junes Junes Junes pnpnpnpnpnpnpnpn: Dispositivos e Aplicaes: Dispositivos e Aplicaes: Dispositivos e Aplicaes: Dispositivos e Aplicaes: Dispositivos e Aplicaes: Dispositivos e Aplicaes: Dispositivos e Aplicaes: Dispositivos e Aplicaes



LED (Light Emitting Diode)LED (Light Emitting Diode)LED (Light Emitting Diode)LED (Light Emitting Diode)LED (Light Emitting Diode)LED (Light Emitting Diode)LED (Light Emitting Diode)LED (Light Emitting Diode)

PrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipiosEstruturaEstruturaEstruturaEstruturaEstruturaEstruturaEstruturaEstrutura do do do do do do do do dispositivodispositivodispositivodispositivodispositivodispositivodispositivodispositivo

CaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicas

MateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriais

CaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicas

PrincpiosPrincpiosPrincpiosPrincpiosPrincpiosPrincpiosPrincpiosPrincpiosLED (Light Emitting Diodes)LED (Light Emitting Diodes)LED (Light Emitting Diodes)LED (Light Emitting Diodes)

Diodo de juno pn Recombinao do par eDiodo de juno pn Recombinao do par eDiodo de juno pn Recombinao do par eDiodo de juno pn Recombinao do par e----h Emisso de 01 ftonh Emisso de 01 ftonh Emisso de 01 ftonh Emisso de 01 fton


h - Eg

Eg (b)

V

(a)

p n+

EgeVo

EF

p n+

Ec

Ev

Ec

Ev

EF

eVo

Electron energy

Distance into device

Diodo de juno pn Recombinao do par eDiodo de juno pn Recombinao do par eDiodo de juno pn Recombinao do par eDiodo de juno pn Recombinao do par e----h Emisso de 01 ftonh Emisso de 01 ftonh Emisso de 01 ftonh Emisso de 01 fton(p.e. GaAs) (h(p.e. GaAs) (h(p.e. GaAs) (h(p.e. GaAs) (hvvvv = E= E= E= Egggg))))

Juno pnJuno pnJuno pnJuno pn++++

V

Electron in CBHole in VB

Distance into device

Diagrama de Bandas de VDiagrama de Bandas de VDiagrama de Bandas de VDiagrama de Bandas de V0000 VVVV0000----V o numero de eV o numero de eV o numero de eV o numero de e---- indo para o lado pindo para o lado pindo para o lado pindo para o lado pEnergia (injeo eletroluminescente)Energia (injeo eletroluminescente)Energia (injeo eletroluminescente)Energia (injeo eletroluminescente)

Emisso espontnea de ftons recombinaoEmisso espontnea de ftons recombinaoEmisso espontnea de ftons recombinaoEmisso espontnea de ftons recombinao

Estrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoLED: Processo de fabricao deposio em substratoLED: Processo de fabricao deposio em substratoLED: Processo de fabricao deposio em substratoLED: Processo de fabricao deposio em substrato

(GaAs ou GaP)(GaAs ou GaP)(GaAs ou GaP)(GaAs ou GaP)Impurezas ou defeitos na rede crsitalinaImpurezas ou defeitos na rede crsitalinaImpurezas ou defeitos na rede crsitalinaImpurezas ou defeitos na rede crsitalina


Light outputLight output

Impurezas ou defeitos na rede crsitalinaImpurezas ou defeitos na rede crsitalinaImpurezas ou defeitos na rede crsitalinaImpurezas ou defeitos na rede crsitalina(s parametros entre as 2 redes)(s parametros entre as 2 redes)(s parametros entre as 2 redes)(s parametros entre as 2 redes)

Estimula recombinao par eEstimula recombinao par eEstimula recombinao par eEstimula recombinao par e----h emisso de luz (AlGaAs: red)h emisso de luz (AlGaAs: red)h emisso de luz (AlGaAs: red)h emisso de luz (AlGaAs: red)

Juno pn planarJuno pn planarJuno pn planarJuno pn planar

Light output

Insulator (oxide)p

n+Epitaxial layer

Light output

pEpitaxial layers

(a ) (b )

n+

Substrate Substrate

n+

n+

Metal electrode

Estrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEstrutura do DispositivoEncapsulamentos Hemisferico (+ comum)Encapsulamentos Hemisferico (+ comum)Encapsulamentos Hemisferico (+ comum)Encapsulamentos Hemisferico (+ comum)


Reflexo Interna Total Reflexo Interna Total Reflexo Interna Total Reflexo Interna Total ngulo critico ngulo critico ngulo critico ngulo critico c c c c GaAs (GaAs (GaAs (GaAs (c c c c = 16 graus) = 16 graus) = 16 graus) = 16 graus)

(a) Alta RIT (b) Baixa RIT devido a (c) Baixa RIT devido calota (a) Alta RIT (b) Baixa RIT devido a (c) Baixa RIT devido calota (a) Alta RIT (b) Baixa RIT devido a (c) Baixa RIT devido calota (a) Alta RIT (b) Baixa RIT devido a (c) Baixa RIT devido calota

Light output

p

Electrodes

LightPlastic dome

Electrodes

Domedsemiconductor

pn Junction

(a) (b) (c)

n+n+

Substrate

(a) Alta RIT (b) Baixa RIT devido a (c) Baixa RIT devido calota (a) Alta RIT (b) Baixa RIT devido a (c) Baixa RIT devido calota (a) Alta RIT (b) Baixa RIT devido a (c) Baixa RIT devido calota (a) Alta RIT (b) Baixa RIT devido a (c) Baixa RIT devido calota (a)(a)(a)(a) configurao do dispositivo plstica (polmero n > 1)configurao do dispositivo plstica (polmero n > 1)configurao do dispositivo plstica (polmero n > 1)configurao do dispositivo plstica (polmero n > 1)

MateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriais semicondutores de bandgap diretoMateriais semicondutores de bandgap diretoMateriais semicondutores de bandgap diretoMateriais semicondutores de bandgap direto

ternrios (3 elementos, p.e., Ga, As e P)ternrios (3 elementos, p.e., Ga, As e P)ternrios (3 elementos, p.e., Ga, As e P)ternrios (3 elementos, p.e., Ga, As e P)


I

n

P

G

a

S

b

Indirectbandgap

ternrios (3 elementos, p.e., Ga, As e P)ternrios (3 elementos, p.e., Ga, As e P)ternrios (3 elementos, p.e., Ga, As e P)ternrios (3 elementos, p.e., Ga, As e P)

quaternrios (4 elementos, p.e., Ga, As, P e In)quaternrios (4 elementos, p.e., Ga, As, P e In)quaternrios (4 elementos, p.e., Ga, As, P e In)quaternrios (4 elementos, p.e., Ga, As, P e In)

emitem na regio do vermelho e infra vermelhoemitem na regio do vermelho e infra vermelhoemitem na regio do vermelho e infra vermelhoemitem na regio do vermelho e infra vermelho

comunicaes pticascomunicaes pticascomunicaes pticascomunicaes pticas

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

B

l

u

e

R

e

d

1.7

Infrared

GaAs1-yPyIn1-xGaxAs1-yPy

AlxGa1-xAsx = 0.43

In0.49AlxGa0.51-xP

MateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriais semicondutores de bandgap diretoMateriais semicondutores de bandgap diretoMateriais semicondutores de bandgap diretoMateriais semicondutores de bandgap direto

ternrios (ternrios (ternrios (ternrios (3 3 3 3 elementos, p.e., Ga, As e P)elementos, p.e., Ga, As e P)elementos, p.e., Ga, As e P)elementos, p.e., Ga, As e P)


ternrios (ternrios (ternrios (ternrios (3 3 3 3 elementos, p.e., Ga, As e P)elementos, p.e., Ga, As e P)elementos, p.e., Ga, As e P)elementos, p.e., Ga, As e P)

emitem na regio do vermelho e infra vermelhoemitem na regio do vermelho e infra vermelhoemitem na regio do vermelho e infra vermelhoemitem na regio do vermelho e infra vermelho

dopagem com nitrognio (N)dopagem com nitrognio (N)dopagem com nitrognio (N)dopagem com nitrognio (N)

LEDS que emitem no verde, amarelo e laranjaLEDS que emitem no verde, amarelo e laranjaLEDS que emitem no verde, amarelo e laranjaLEDS que emitem no verde, amarelo e laranja

GaN e InGaN LEDS que emitem no azulGaN e InGaN LEDS que emitem no azulGaN e InGaN LEDS que emitem no azulGaN e InGaN LEDS que emitem no azul

MateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisLED: Eficincia externa (LED: Eficincia externa (LED: Eficincia externa (LED: Eficincia externa (externaexternaexternaexterna))))

= P= P= P= P (ptica)/IV (x 100%)(ptica)/IV (x 100%)(ptica)/IV (x 100%)(ptica)/IV (x 100%)


2 eV

2 eVeVoElectrons in CB

1.4 eVNo bias

Ec

EvEcEFEF

(a)

(b)

pn+ p

Ec

~ 0.2 m

AlGaAsAlGaAs GaAs

externaexternaexternaexterna = P= P= P= Psadasadasadasada(ptica)/IV (x 100%)(ptica)/IV (x 100%)(ptica)/IV (x 100%)(ptica)/IV (x 100%)

Heterojuno: LEDS de alta intensidadeHeterojuno: LEDS de alta intensidadeHeterojuno: LEDS de alta intensidadeHeterojuno: LEDS de alta intensidade

Holes in VB

Withforwardbias

Ev

(b)

(c)

(d)

GaAs AlGaAsAlGaAs

ppn+

CaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicas da luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LED

Propriedades pticas: espectro de emissoPropriedades pticas: espectro de emissoPropriedades pticas: espectro de emissoPropriedades pticas: espectro de emisso


EElectrons in CB

CBRelative intensityRelative intensity

(a) (b) (c) (d)

2kBT

Ec

Ev

Carrier concentrationper unit energy

Holes in VBh

1

0

Eg

h1 h2 h3VB

Relative intensity

1

0123

h

Relative intensityEg + kBT

(2.5-3)kBT

1/2kBT

Eg1 2 3

2kBT

CaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicasCaracteristicas da luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LEDda luz LED

Espectro de emisso tpicoEspectro de emisso tpicoEspectro de emisso tpicoEspectro de emisso tpico


Espectro de emisso tpicoEspectro de emisso tpicoEspectro de emisso tpicoEspectro de emisso tpico

V

(c)(a)

1.0

Relativeintensity

655nm

(b)Relative light intensity

2

1

0 20 40I (mA)0

600 650 7000

0.5

1.0

24 nm

0 20 40I (mA)0

Dispositivos LED de luz brancaDispositivos LED de luz brancaDispositivos LED de luz brancaDispositivos LED de luz brancaDispositivos LED de luz brancaDispositivos LED de luz brancaDispositivos LED de luz brancaDispositivos LED de luz branca


Dispositivos LED e fibra pticaDispositivos LED e fibra pticaDispositivos LED e fibra pticaDispositivos LED e fibra pticaDispositivos LED e fibra pticaDispositivos LED e fibra pticaDispositivos LED e fibra pticaDispositivos LED e fibra ptica


SiO2 (insulator)

Electrode

Fiber (multimode)

Epoxy resin

Etched wellDouble heterostructure

Fiber

Microlens (Ti2O3:SiO2 glass)

ElectrodeSiO2 (insulator)

(a) (b)

Aplicaes e Comunicaes pticasAplicaes e Comunicaes pticasAplicaes e Comunicaes pticasAplicaes e Comunicaes pticasAplicaes e Comunicaes pticasAplicaes e Comunicaes pticasAplicaes e Comunicaes pticasAplicaes e Comunicaes pticasTendnciasTendnciasTendnciasTendnciasTendnciasTendnciasTendnciasTendncias

Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS) Stripe electrodeL

60-70 m


Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)Displays (OLEDS)

Schematic illustration of the the structure of a double heterojunction stripecontact edge emitting LED

InsulationStripe electrode

SubstrateElectrode

Active region (emission region)

p+-InP (Eg = 1.35 eV, Cladding layer)

n+-InP (Eg = 1.35 eV, Cladding/Substrate)

n-InGaAs (Eg 0.83 eV, Active layer)

Currentpaths

Cleaved reflecting surfaceLight beam

p+-InGaAsP (Eg 1 eV, Confining layer)

n+-InGaAsP (Eg 1 eV, Confining layer) 12 3200-300 m

IluminaoIluminaoIluminaoIluminaoIluminaoIluminaoIluminaoIluminao

Outros....Outros....Outros....Outros....Outros....Outros....Outros....Outros....

contact edge emitting LED

Multimode fiberLens

(a)

ELED

Active layer

Light from an edge emitting LED is coupled into a fiber typically by using a lens or aGRIN rod lens.

GRIN-rod lens

(b)

Single mode fiberELED



BibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografia BsicaBsicaBsicaBsicaBsicaBsicaBsicaBsica ((((((((FotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnicaFotnica))))))))::::::::11111111. . . . . . . . HallidayHallidayHallidayHallidayHallidayHallidayHallidayHalliday, , , , , , , , ResnickResnickResnickResnickResnickResnickResnickResnick and and and and and and and and KraneKraneKraneKraneKraneKraneKraneKrane, Fsica , Fsica , Fsica , Fsica , Fsica , Fsica , Fsica , Fsica 44444444, , , , , , , , 55555555 ed., LTC ( ed., LTC ( ed., LTC ( ed., LTC ( ed., LTC ( ed., LTC ( ed., LTC ( ed., LTC (20042004200420042004200420042004).).).).).).).).

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