prefixo “semi” é aplicado a algo no meio, entre dois limites. A propriedade atribuída
aos semicondutores que define sua relação com isolantes e condutores é a
condutividade elétrica, que é a capacidade de conduzir cargas elétricas (corrente
elétrica) quando submetido à uma diferença de potencial elétrico (tensão elétrica). A
resistência que um material apresenta ao fluxo de uma corrente elétrica
(resistividade elétrica) é inversamente proporcional à sua condutividade elétrica.
Enfim, um semicondutor é um material que possui valores típicos de condutividade
elétrica e resistividade elétrica numa faixa entre os extremos definidos por materiais
considerados isolantes e um condutores.
Apesar de se conhecer bastante o comportamento dos condutores e dos
isolantes, as características dos materiais semicondutores como Germânio e Silício
são relativamente novas. Em eletrônica estes dois materiais têm recebido a maior
parcela de atenção no desenvolvimento de dispositivos a semicondutores. Nos
últimos anos o uso do Silício tem aumentado muito, principalmente na fabricação de
chips para microprocessadores.
Algumas das qualidades raras do Germânio e do Silício são devidas às suas
estruturas atômicas. Os átomos de ambos os materiais formam um modelo bem
definido que se repete por natureza. Um modelo completo é chamado cristal e o
arranjo repetitivo dos átomos, de estrutura cristalina. Examinando a estrutura do
átomo em si pode-se notar como ela afeta as características do material. Quando se
analisa a estrutura do Silício e do Germânio observa-se que os dois possuem quatro
elétrons na última camada (camada de valência).
O potencial necessário para remover qualquer elétron da camada de valência
é menor que o potencial para remover qualquer outro elétron da estrutura. Em um
cristal de Silício ou Germânio puro estão ligados a quatro outros átomos vizinhos,
conforme figura abaixo (cristal de Silício). Tanto o Silício como o Germânio são
denominados átomos tetravalentes, pois os dois possuem quatro elétrons na
camada de valência.
O tipo de ligação química que ocorre entre átomos de semicondutores é a
ligação covalente. Na ligação covalente não há doação de elétrons de um átomo
para o outro, como ocorre na ligação entre átomos de Sódio e de Cloro, que forma o
sal (ligação iônica). As ligações covalentes são mais fracas que as ligações iônicas,
o que favorece a liberação de elétrons livres, necessários para a circulação de
corrente elétrica. A necessidade de se quebrar ligações entre átomos de
semicondutores para a liberação de elétrons, mesmo que sejam ligações fracas
(covalentes), é uma situação bem menos favorável à circulação de corrente elétrica
do que em condutores, onde a liberação de elétrons ocorre com muito mais
facilidade.
É possível que materiais semicondutores absorvam, a partir de fontes
externas, energia suficiente para quebrar ligações covalentes, o que aumenta o
número de elétrons livres e diminui a resistividade elétrica do material. Assim sendo,
os semicondutores puros têm uma variação muito grande de sua resistividade com a
variação da temperatura, luz ou qualquer outro tipo de energia irradiante e quanto
maior for a temperatura maior será o numero de elétrons livres na camada de
valência e nos metais isto acontece ao contrário.
MATERIAIS INTRÍNSECOS E MATERIAIS EXTRÍNSECOS
Quando um material semicondutor é totalmente puro, ele é chamado de
material intrínseco e quando ele possui alguma impureza ele é chamado de material
extrínseco. Os materiais extrínsecos possuem impurezas adicionadas de propósito,
o que altera a sua estrutura atômica, alterando sua resistividade. Os materiais
extrínsecos podem ser do tipo N ou do tipo P.
MATERIAL EXTRÍNSECO TIPO P
Quando se adiciona uma impureza do tipo trivalente (três elétrons de
valência), como o Boro, Gálio e o Índio, ao cristal puro de um material semicondutor,
o material resultante passa a ter um número insuficiente de elétrons para completar
as ligações covalentes. A vaga resultante é chamada de lacuna e é representada
por um pequeno circulo ou sinal positivo, devido a ausência de carga negativa.
Como a vaga resultante aceita facilmente um elétron livre, as impurezas
acrescentadas são átomos receptores ou aceitadores. As lacunas são chamadas
portadores majoritários de um material do tipo P, pois elas tendem a absorver
elétrons livres, o que acaba definindo um número muito maior de lacunas que de
elétrons livres no material do tipo P. Os elétrons livres eventualmente presentes em
um material do tipo P são denominados portadores minoritários de carga.
MATERIAL EXTRÍNSECO TIPO N
O material tipo N é feito através da adição de átomos que possuem cinco
elétrons na camada de valência (pentavalentes) como o Antimônio, Arsênico e o
Fósforo. Com o acréscimo destes átomos ao material intrínseco o material
resultante terá um elétron livre para cada átomo de material dopante. As impurezas
com cinco elétrons na camada de valência são chamadas de impurezas doadoras.
No material do tipo N, os portadores majoritários de carga são os elétrons (maior
número), e os minoritários são as lacunas, o contrário do que ocorre para o material
do tipo P.
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