Tipos Especiais de Diodos

Schottky

            Existem dois tipos de junção metal-semicondutor: ôhmica e retificadora; o primeiro é o tipo de contato desejado quando um terminal é soldado ao semicondutor; por outro lado o contato retificador resulta em um díodo metal-semicondutor (chamado barreira Schottky),  com uma característica volt-ampère muito similar àquela de um díodo p-n. O díodo metal-semicondutor foi estudado vários anos atrás, mas até o final da década de 60, os díodos Schottky não eram comercialmente disponíveis devido a problemas de fabricação. A maior parte das dificuldades de fabricação são devidas aos efeitos de superfície: empregando algumas técnicas em circuitos integrados é possível construir um díodo metal-semicondutor quase ideal, com menor custo.

            O alumínio comporta-se como uma impureza do tipo p, quando em contato com o silício. Se utilizarmos o alumínio para formar os contatos com o silício do tipo n, é desejável a formação de um contato ôhmico, mas devemos evitar a formação da junção p-n; é por esta razão que são feitas difusões n⁺ nas regiões do tipo n próximo a superfície, onde o alumínio será depositado. Porém, se não fizermos a difusão n⁺ teremos uma estrutura p-n equivalente, resultando em um excelente díodo metal-semicondutor.

            A figura ao lado mostra um díodo Schottky; o contato 1 é uma barreira Schottky, ao passo que o contato 2 é ôhmico (não retificador); assim, existe um díodo metal-semicondutor entre estes dois terminais, com o ânodo no contato 1. A fabricação de um díodo Schottky é realmente mais simples do que um díodo p-n, que requer uma difusão (tipo p) extra.

            A característica volt-ampère externa de um díodo metal-semicondutor é essencialmente a mesma que a de uma junção p-n, mas os mecanismos físicos envolvidos são mais complicados. No sentido direto de polarização, elétrons cruzam a junção do silício do tipo n para o metal, onde são abundantes. Neste sentido, este é um dispositivo de portadores majoritários, enquanto os portadores minoritários explicam a características do díodo p-n. Díodos Schotky apresentam um tempo de armazenamento pequeno, pos a corrente é devida predominantemente aos portadores majoritários.

            A tensão no díodo Schottky também é muito menor que a do díodo p-n, para a mesma corrente direta. Assim, uma tensão limiar de cerca de 0,3 V é razoável para díodo metal-semicondutor, enquanto para uma barreira p-n, a tensão limiar é 0,6 V. Assim o díodo metal-semicondutor é mais próximo do díodo ideal do que um díodo p-n.

Fotodiodo

            Se iluminarmos uma junção p-n reversamente polarizada, a corrente varia quase linearmente com o fluxo luminoso. Este efeito é aproveitado no fotodíodo semicondutor. Este dispositivo é formado de uma junção p-n recoberta por um plástico transparente, como mostra a figura ao lado. Com exceção de uma janela sobre a junção, as demais partes são pintadas de preto ou encapsuladas em um invólucro metálico. O dispositivo completo é extremamente pequeno e suas dimensões são milimétricas.

            Se aplicarmos tensões reversas, além de poucos décimos de volt, obeteremos uma corrente quase constante. A corrente que obtemos colocando o dispositivo no escuro corresponde à corrente de saturação reversa devida à geração térmica dos portadores minoritários. Se um feixe de luz incide sobre a superfície, novos pares elétron-lacuna serão gerados.

            O fotodíodo p-n é particularmente a versão melhorada n-p-n e encontram muitas aplicações na leitura de altas velocidades das perfuradoras de cartões e fitas de computadores, sistema de detecção de luz, leitura da trilha sonora de um filme, chaves operadas por luz, linhas de produção contendo objetos que interrompam um fluxo luminoso, etc.

LED (Díodos Emissores de Luz)

            Assim como é necessário fornecer energia para gerar o par elétro-lacuna, da mesma maneira a energia é liberada quando um elétron recombina com uma lacunal;  no silício e no germânio esta recombinação ocorre por meio de armadilhas e a energia liberada é transferida para o cristal sob forma de calor; entretanto, em outros semicondutores tais como o arseneto de gálio, há uma quantidade considerável de recombinação direta sem a ajuda de armadilhas. Nestas circunstâncias a energia liberada pelo elétron, ao cair da banda de condução para a banda de valência, aparece em forma de radiação; um díodo que funciona nestas condições é chamado díodo emissor de luz (LED), embora a maior parte da radiação emitida esteja na faixa do infravermelho. A eficiência do processo de geração de luz aumenta com a corrente injetada e com a diminuição da temperatura. A luz está concentrada perto da junção devido ao fato de que a maior parte dos portadores se recombinam nas vizinhanças da mesma.

            Sob certas condições, a luz emitida é coerente (essencialmente monocromática). Tal díodo é chamado de emissor de luz a junção.

LCD (displays de cristal líquido)

            O display de cristal líquido (LCD) possui uma vantagem importante em relação ao LED; exige menos potência para o seu funcionamento. O nível necessário é da ordem de microwatts para o display, enquanto que em um LED o nível de potência exigido é da faixa de miliwatts. Este dispositivo, entretanto, necessita de uma fonte de luz externa ou interna, é limitado à faixa de temperatura de cerca de 0º até 60º C, e sua vida útil é motivo de polêmica, pois os LCDs podem quimicamente se degradar. Os tipos alvo de maior interesse são os dispositivos de efeito de campo e de espalhamento dinâmico.

            O cristal líquido é um material (normalmente orgânico para LCDs) que flui como um líquido, mas com uma estrutura molecular com algumas propriedades normalmente associadas aos sólidos. Para os dispositivos de espalhamento de luz, o maior interesse está no cristal líquido nemático. A superfície condutora de óxido de índio é transparente e, sem tensão aplicada, a luz incidente passa através da estrutura sem ser obstruída pelo cristal líquido. Se uma tensão for aplicada aos terminais da superfície condutora, o arranjo molecular é perturbado, estabelecendo regiões com diferentes índices de refração. A luz incidente é, portanto, refletida em diferentes direçõs na interface entre regiões de diferentes índices de refração. A conseqüência disto é que na região em que a luz é espalhada o aspecto é de um vidro fosco. Entretanto o vidro fosco aparece somente onde as superfícies condutoras são opostas entre si, e as demais áreas permanecem translucidas.