Prof. Roberto Assumpção – EM423, turma A Pedro Alves PiresRA: 083985
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UMA APRESENTAO SOBRE PROPRIEDADES CRISTALINAS E PRODUO DE SEMICONDUTORES.
UMA APRESENTAO SOBRE PROPRIEDADES CRISTALINAS E PRODUO DE
SEMICONDUTORES.
Prof. Roberto Assumpo EM423, turma A
Pedro Alves PiresRA: 083985Guilherme di Creddo MirandaRA: 084392Pedro Francisco Baraal de MecRA: 082475Caio Elias Silveira RA: 086302
Introduo aos semicondutores:
1.) Caractersticas (O que define um semicondutor?)Os Semicondutores
so um grupo de materiais que possui condutividade eltrica
intermediaria entre metais e isolantes. Isso ocorre porque a banda
proibida de energia de tais elementos, que separa a banda de
Valencia preenchida com eltrons e banda de conduo vazia, menor que
a dos condutores e pouco maior que a dos isolantes. Esse Gap de
energia, o que define a condutividade do material. importante
ressaltar, que a condutividade desses materiais pode variar com
mudanas na temperatura, luz incidida e pureza do
material.
Juntando suas caractersticas, podemos at chamar os semicondutores de isolantes que apresentam muitas propriedades dos condutores.Seu emprego importante na fabricao de componentes eletrnicos tais como diodos, transstores e outros de diversos graus de complexidade tecnolgica, microprocessadores, e nanocircuitos usados em nanotecnologia. Portanto atualmente o elemento semicondutor primordial na indstria eletrnica e confeco de seus componentes.
Como exemplos de Semicondutores elementares, ou seja, compostos de apenas um elemento, temos o Silcio (Si) e o Germnio (Ge). Esse ultimo, era utilizado no desenvolvimento de transistores e diodos. Hoje, o silcio tomou a posio de composto mais utilizado.
Alm dos semicondutores elementares, podemos obter compostos semicondutores, como vistos na tabela abaixo:
Classificao dos slidos
Cristais: so caracterizados pela chamada rede cristalina, uma
estrutura altamente ordenada
Policristalinos: apresentam uma ordem intermediria, com pequenas regies chamadas de gros, tendo cada estrutura cristalina unida pelos limites dos gros.
Amorfos: Estrutura totalmente aleatria, sem ordem
definida.
2.) Retculos CristalinosUm slido cristalino pode ser distinto
pelo fato de ter tomos que so dispostos de modo a formar um sistema
peridico. Isto , existem unidades bsicas, idnticas, dispostas numa
ordem tridimensional e repetitiva que formam o corpo do cristal. Em
qumica se aprende que, em condies normais, os tomos que possuem 4
eltrons na ltima camada de valncia no so estveis. Os semicondutores
se enquadram nesse grupo, mas por causa da forma com que agrupam
seus tomos (cada tomo fica eqidistante e, relao a quatro outros
tomos, ou seja, uma estrutura cristalina) eles conseguem alcanar a
estabilidade fazendo quatro ligaes qumicas covaO arranjo peridico
de um cristal a estrutura do cristal.O retculo cristalino mais
simples que h, aquele formado por unidades cbicas. Como exemplos, a
cbicas de face centrada, a de corpo centrado, e a cbica
simples.
A estrutura cristalina bsica dos mais importantes semicondutores chamada de cbica diamante. Descoberta primeiramente nos diamantes, est presente tambm no silcio e no germnio.
Tomaremos o silcio cristalino como exemplo para correlacionarmos suas propriedades estruturais, com as propriedades mecnicas.
Em termos de propriedades mecnicas, o silcio se destaca pela fragilidade, o que torna difcil a sua conformao mecnica.
Deflexo de uma viga de silcio durante um teste
mecnico.
Comparao das propriedades mecnicas do Si com o ao - Limite de escoamento maior que do ao 4ao - Mdulo de Young prximo do ao - Densidade prxima ao do alumnio 0.33ao - Coeficiente de expanso trmica 0.2ao - Condutividade trmica 1.5ao
3.) Crescimento cristalino- O silcio utilizado atualmente na
confeco de dispositivos, obtm impurezas na taxa de menos de uma
parte por dez bilhes. Isso proveniente do tratamento pelo qual o
material submetido.- O silcio no , normalmente, encontrado na forma
pura naturalmente. Porem, em combinao com outros elementos,
constitui 27,7% da crosta terrestre, e o elemento mais abundante
depois do oxignio. Logo, necessitamos de processos para gerar o
silcio puro.- Existem vrios mtodos de crescimento de silcio puro,
dentre eles o mtodo por derretimento, por zona flutuante, por
crescimento cristalino epitaxial e pelo Processo de Czochralski.
Cada um com um processo de resfriamento e gerao do silcio puro
caracterstico.- Muitas caractersticas mecnicas do filme de silcio
puro dependem dos processos de deposio e crescimento.
Propriedades mecnicas dos filmes finos:
Caractersticas desejveis:
Excelente adeso Baixo stress residual Boa resistncia mecnica Resistncia qumica
No so todos os processos de deposio e crescimento cristalino que
podem entregar tais caractersticas. Deve-se buscar o processo
ideal, afim de obter os aspectos mais uteis para a funo que se
deseja empregar o filme.
Processo de Czochralski
Exemplos:
Para aplicaes em micromquinas, estruturas com baixo stress
residual so necessrias, como os polisilcio:
Exemplificando a performance do Si
Com tom de curiosidade, apresentamos um trabalho homolagado em 2005
na Associao Brasileira de Metalurgia, Materiais e Minerao ABM.Nesse
trabalho, verificou-se a viabilidade de usinagem do Silcio
cristalino por duas formas: abraso ultra-sonora e por descargas
eltricas.Ambos os mtodos se apresentaram viveis na usinagem do
silcio, porem com algumas divergncias. O mtodo de abraso,
apresentou-se mais rpido e eficaz na ao contra o silcio, pois tomou
menos tempo e apresentou um acabamento superficial mais
satisfatrio.
Como pudemos ver, a usinagem por descargas eltricas apresentou um acabamento superficial mais tosco, com crateras e cristais cbicos evidenciados na superfcie usinada. Essa fraca usinabilidade decorre devido ao carter semicondutor do silcio aliado a no homogeneidade das descargas eltricas, impossibilitando um maior arrancamento do material.
Essa observao nos traz uma confirmao do importante e efetivo
papel que o Si tem como semicondutor, mostrando a resistncia ao
desgaste quanto a cargas eltricas. Caracterstica muito importante
para um elemento que atua em diversos ramos da eletrnica,
principalmente nos de sistemas embarcados.
Referncias :
http://www.abmbrasil.com.br/materiasUsinabilidade do silcio por
abraso ultrasonora e eletroeroso: uma analise comparativa.Por:
Jorge Francisco Costa BrasilLeandro JacomineLuciano Jos
ArantesAlberto Arnaldo Rasian
http://www.dsif.fee.unicamp.br/~fabianoPropriedades mecnicas do Silcio Prof Fabiano Fruett
Solid State Electronic Devices Ben G. StreetmanSemiconductor
Fundamentals - Robert F. Pierret
Bibliografia:
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