Semicondutores (175)

Pela física moderna, todas as substâncias podem ser classificadas num dos seguintes grupos, quanto ao seu comportamento elétrico: isolantes, condutores e semicondutores. O que determina em que grupo  é colocada uma determinada substancia é a banda de energia da sua estrutura atômica. Cada banda de energia pode conter apenas dois elétrons. Se as bandas de energia de uma substancias estão preenchidas, a substância não pode receber ou doar elétrons e com isso se comporta como um isolante. Se existe um elétron por banda, ou se as bandas não estão suficientemente espaçadas, os elétrons podem se movimentar através do material e com isso ele se comporta como um condutor. O caso intermediário ocorre se pequenas aberturas existirem entre as bandas de energia preenchidas e as que têm vagas, o material age como um isolante a baixas temperaturas e se torna um condutor quando a temperatura se eleva. Este material é um semicondutor. Existem diversos materiais semicondutores como o silício, germânio, gálio e outros com propriedades adicionais que os tornam ideais para uso em eletrônica. São elementos que têm quatro elétrons na camada de Valencia cada um. Por causa das ligações de valência, eles formam uma estrutura básica conforme a mostrada na figura 1.

 

 

O cristal é mantido coeso pelo compartilhamento dos elétrons entre os átomos. Num material condutor os elétrons livres podem se mover através da estrutura sob a ação de forças elétricas. Por outro lado, num material semicondutor o trajeto possível para os elétrons depende da temperatura. A medida que a temperatura se eleva mais trajetórias são liberadas e elétrons de alta energia podem se mover através delas.Um cristal de material semicondutor como silício ou germânio é composto de bilhões de átomos unidos numa estrutura similar a que mostramos na figura 1. Os cristais de materiais semicondutores podem crescer em condições especiais de laboratório. Eles são chamados de materiais intrínsecos e não tem uso prático. No entanto, se adicionarmos pequenas quantidades de impurezas a estes materiais, essas impurezas têm a capacidade de penetrar na estrutura e atuar em nível atômico. Existem dois tipos de impurezas que resultam em dois efeitos diferentes sobre as propriedades elétricas do matéria. Se uma impureza com átomos de 5 elétrons na camada de valência como o antimônio, boro ou fósforo for adicionada ao cristal, cada um dos átomos terá um elétron de sobra na camada de valência, o qual não encontrará um parceiro para compartilhar sua posição no cristal.

O resultado é que temos uma sobra de elétrons neste material. As substâncias em que acontece isso são denominadas "doadoras" e elas possuem um excesso de cargas negativas. Estes materiais são chamados semicondutores do tipo N (de negativo). Se a substância adicionada ao cristal for um elemento com três elétrons na camada de valência, como por exemplo, o alumínio, gálio ou irídio,  o resultado final será a presença de buracos ou lacunas onde faltam elétrons para preencher a camada de valência. Materiais deste tipo que podem aceitar elétrons são chamados "aceptores" e formam semicondutoras do tipo P (de positivo).

 


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