Por que a corrente de um diodo de silício cresce de repente depois de cerca de 0,7 V?

A exponencial da equação de Shockley passa a dominar quando V supera η·(kT/q) (kT/q ≈ 26 mV à temperatura ambiente). No silício, a diferença de potencial de contato e a exponencial dão uma região de «abertura» em torno de 0,6–0,7 V — não é um limiar rígido, e sim um trecho de crescimento rápido.

O que é o fator de idealidade η e por que nem sempre vale 1?

η = 1 corresponde à difusão ideal de portadores nas regiões neutras. Recombinação e geração na camada de depleção dão outra dependência da tensão, por isso para ajustar a I-V toma-se η entre 1 e 2.

Como a temperatura afeta o diodo?

A corrente de saturação reversa I_0 cresce com T quase exponencialmente por causa da geração térmica de pares. Ao mesmo tempo sobe V_T = kT/q e a exponencial fica mais suave. Com V direta fixa, a corrente em geral cresce com a temperatura — isso importa para a estabilidade térmica do circuito.

O diodo conduz em polarização reversa?

Sim, pouco: a equação de Shockley dá uma corrente próxima de −I_0 quando a tensão reversa supera alguns kT/q. É difusão de portadores minoritários. A ruptura (Zener ou avalanche) não entra no modelo.

Junção p–n e diodo

Diagrama de bandas de energia e curva I-V pela equação de Shockley; fator de idealidade, temperatura e escala de I₀.

Sobre o modelo

A junção p–n forma uma região de depleção e uma diferença de potencial de contato: as bandas se curvam e os portadores majoritários encontram uma barreira. A polarização direta abaixa a barreira e abre a corrente de difusão; a reversa a eleva e deixa uma pequena corrente de saturação. A corrente segue a equação de Shockley I = I_0 [exp(qV/(η kT)) − 1], em que η é o fator de idealidade e I_0 a corrente de saturação reversa. Ao variar η, T e a escala de I_0 veem-se a inclinação da abertura, o deslocamento da I-V e a tensão típica de condução do silício, cerca de 0,6–0,7 V. Não há resistência série, ruptura nem recombinação na região de depleção além do que η já resume.

Para quem: Graduação: física de semicondutores e eletrônica; ensino médio — curva I-V do diodo.

Conceitos-chave

equação de Shockley
fator de idealidade
corrente de saturação reversa
diagrama de bandas de energia
região de depleção
diferença de potencial de contato
polarização direta

Como funciona

Equação de Shockley I = I_0 (e^{V/(η V_T)} − 1), V_T = kT/q. A polarização direta estreita a região de depleção no esquema de bandas; a reversa a alarga; a corrente tende a −I_0. Na tela, o quadro de bandas e a I-V com os η, T e I_0 escolhidos.

Fórmulas principais

I = I₀ (e^{V/(nV_T)} − 1)

Perguntas frequentes

Por que a corrente de um diodo de silício cresce de repente depois de cerca de 0,7 V?: A exponencial da equação de Shockley passa a dominar quando V supera η·(kT/q) (kT/q ≈ 26 mV à temperatura ambiente). No silício, a diferença de potencial de contato e a exponencial dão uma região de «abertura» em torno de 0,6–0,7 V — não é um limiar rígido, e sim um trecho de crescimento rápido.
O que é o fator de idealidade η e por que nem sempre vale 1?: η = 1 corresponde à difusão ideal de portadores nas regiões neutras. Recombinação e geração na camada de depleção dão outra dependência da tensão, por isso para ajustar a I-V toma-se η entre 1 e 2.
Como a temperatura afeta o diodo?: A corrente de saturação reversa I_0 cresce com T quase exponencialmente por causa da geração térmica de pares. Ao mesmo tempo sobe V_T = kT/q e a exponencial fica mais suave. Com V direta fixa, a corrente em geral cresce com a temperatura — isso importa para a estabilidade térmica do circuito.
O diodo conduz em polarização reversa?: Sim, pouco: a equação de Shockley dá uma corrente próxima de −I_0 quando a tensão reversa supera alguns kT/q. É difusão de portadores minoritários. A ruptura (Zener ou avalanche) não entra no modelo.

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