Baixe Modelo Atômico de Bohr: Desenvolvimento e Aplicações em Física de Semicondutores e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Telecomunicações, somente na Docsity!
Prof. Giovanni e Prof. Pedro Sergio (2º sem 2011)
2.1 – Modelo atômico de Bohr
A Evolução dos Modelos Atômicos
Leucipo (480 a 420 a.C.) , filósofo grego, dizia que a matéria podia ser dividida em partículas cada vez menores, até chegar-se a um limite. Demócrito (460 a 370 a.C.) , discípulo de Leucipo, afirmava que a matéria era descontínua , isto é, a matéria era formada por minúsculas partículas indivisíveis, as quais foram denominadas de átomo (que em grego significa "indivisível"). Demócrito postulou que todos os tipos de matéria eram formadas a partir da combinação de átomos de 4 elementos: água, ar , terra e fogo. O modelo da matéria descontínua foi rejeitada por um dos grandes filósofos da época, Aristóteles (484 a 322 a.C.) , o qual afirmava que a matéria era contínua , isto é, a matéria vista como um "todo inteiro" ( contrastando com a idéia de que a matéria era constituída por minúsculas partículas indivisíveis).
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2.1 – Modelo atômico de Bohr
O químico inglês John Dalton, que viveu entre 1.766 a 1.825, afirmava que o átomo era a partícula elementar, a menor partícula que constituía a matéria. Em 1.808, Dalton apresentou seu modelo atômico: o átomo como uma minúscula esfera maciça, indivisível, impenetrável e indestrutível. Para ele, todos os átomos de um mesmo elemento químico são iguais, até mesmo as suas massas. Hoje, nota-se um equívoco pelo fato da existência dos isótopos, os quais são átomos de um mesmo elemento químico que possuem entre si massas diferentes. Seu modelo atômico também é conhecido como "modelo da bola de bilhar". Modelo Atômico de Dalton: "bola de bilhar". O átomo seria uma esfera (partícula) maciça e indivisível.
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2.1 – Modelo atômico de Bohr
Em 1911 , Rutherford e seus colaboradores realizaram a seguinte expreriência: bombardeamento de uma lâmina muito fina (delgada) de ouro ( Au ) com partículas alfa (que eram positivas). Rutherford e seus colaboradores verificaram que, para aproximadamente cada 10.000 partículas alfa que incidiam na lâmina de ouro, apenas uma (1) era desviada ou refletida. Com isso, concluíram que o raio do átomo era 10.000 vezes maior que o raio do núcleo.
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2.1 – Modelo atômico de Bohr
Comparando, se o núcleo de um átomo tivesse o tamanho de uma azeitona, o átomo teria o tamanho do estádio do Morumbi. Surgiu então em 1.911, o modelo do átomo nucleado, conhecido como o modelo planetário do átomo: o átomo é constituído por um núcleo central positivo, muito pequeno em relação ao tamanho total do átomo porém com grande massa e ao seu redor, localizam-se os elétrons com carga negativa (compondo a "enorme" eletrosfera) e com pequena massa, que neutraliza o átomo.
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2.1 – Modelo atômico de Bohr
- Os elétrons podem saltar de um nível para outro mais externo, desde que absorvam uma quantidade bem definida de energia ( quantum de energia).
- Ao voltar ao nível mais interno, o elétron emite um quantum de energia, na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação eletromagnética (fóton).
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2.1 – Modelo atômico de Bohr
- Cada órbita é denominada de estado estacionário e pode ser designada por letras K, L, M, N, O, P, Q. As camadas podem apresentar um número máximo de elétrons.
- Cada nível de energia é caracterizado por um número quântico (n), que pode assumir valores inteiros: 1, 2, 3, etc.
NP202 : Eletrônica Analógica I Prof. Giovanni e Prof. Pedro Sergio (2º sem 2011)
2 – FÍSICA DOS SEMICONDUTORES
Níveis de Energia Prof. Pedro Sergio ( 2º sem/2011)
2 – FÍSICA DOS SEMICONDUTORES
A energia associada a cada elétron é medida em elétron-volts. eV x J 19 1 1 , 6 10 1 eV 1 , 6 x 10 ^19 J Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory, 8e Em uma estrutura atômica isolada existem níveis discretos de energia, associados à órbita do elétron. Os gaps correspondem aos intervalos existentes entre os níveis discretos de energia.
2.2 – Rede cristalina de material semicondutor
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Classificação quanto a condutibilidade elétrica
Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory, 8e A 0 K, todos os elétrons de valência dos semicondutores estão presos à camada mais externa do átomo. À temperatura ambiente, os elétrons livres formam uma banda de condução.
2.2 – Rede cristalina de material semicondutor
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Estrutura Atômica do Si e do Ge
Átomos Tetravalentes (4 elétrons na banda de valência)
2.2 – Rede cristalina de material semicondutor
Elementos base dos semicondutores
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Rede cristalina do Si intrínseco
Si Si Núcleo + elétrons das bandas internas Si Si Si Banda de Valência Ligação covalente: ligação de átomos estabelecida pelo compartilhamento de elétrons
2.2 – Rede cristalina de material semicondutor
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Geração do par elétron - lacuna
Si Si Si Si Si Lacuna Elétron livre
2.2 – Rede cristalina de material semicondutor
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2 – FÍSICA DOS SEMICONDUTORES
Estado Livre Prof. Pedro Sergio ( 2º sem/2011)
2 – FÍSICA DOS SEMICONDUTORES
Elétrons da banda de valência absorvem energia de fontes
externas e quebram a ligação covalente, assumindo um
estado livre (portadores intrínsecos) e se tornam sensíveis a
campos elétricos.
A uma mesma temperatura, a relação entre os portadores
intrínsecos do Ge e do Si é superior a 10
3
Portadores intrínsecos por cm
3
, à temperatura ambiente:
Si: 1 elétron livre para cada 10
12
átomos
1,5 x 10
10
portadores intrínsecos (elétrons livres)
Ge: 1 elétron livre para cada 10
9
átomos
2,5 x 10
13
portadores intrínsecos (elétrons livres)
2.2 – Rede cristalina de material semicondutor
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Difusão e Deriva
Difusão: Corresponde a uma fluxo de portadores de
cargas (elétrons ou lacunas) de uma região de maior
para uma de menor concentração de cargas, gerando um
fluxo líquido de cargas, ou seja, corrente elétrica.
Deriva: Corresponde a um movimento de cargas
originado a partir da aplicação de um campo elétrico
São mecanismos através dos quais elétrons e lacunas se
movimentam através de um cristal
2.3 – Condução no semicondutor
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2 – FÍSICA DOS SEMICONDUTORES^ Corrente no semicondutor intrínseco
Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si
I
2.3 – Condução no semicondutor
