Junção P-N – Junção de Polarização Reversa e Semicondutores
Os semicondutores são materiais inorgânicos ou orgânicos que têm a capacidade de controlar sua condução elétrica com base em diversos fatores como estrutura química, temperatura, iluminação e a presença de dopantes. Originando-se da condutividade elétrica intermediária entre metais, como cobre e ouro, e isolantes, como vidro, os semiconductores possuem uma lacuna de energia inferior a 4eV (cerca de 1eV).
O Gap de Energia nos Semicondutores
No contexto da física do estado sólido, o gap de energia ou band gap é uma faixa de energia situada entre a banda de valência e a banda de condução, onde não existem estados eletrônicos permitidos. Diferentemente dos condutores, os elétrons em semicondutores precisam adquirir energia (por exemplo, de radiação ionizante) para atravessar o gap de energia e alcançar a banda de condução. As propriedades dos semicondutores são determinadas por essa lacuna entre as bandas de valência e condução.
Semicondutores Extrínsecos
Semicondutores extrínsecos são aqueles dopados intencionalmente com impurezas para modificar suas propriedades eletrônicas. Eles podem ser divididos em dois tipos:
- Semicondutores tipo-p: Neste tipo, átomos de impurezas como o boro são introduzidos no material semicondutor. Essas impurezas possuem menos elétrons de valência que o material semicondutor, resultando na criação de “buracos” (ausência de elétrons) na banda de valência. Estes buracos agem como portadores de carga positiva, daí o nome tipo-p.
- Semicondutores tipo-n: Neste caso, átomos como o fósforo são adicionados ao material semicondutor. Estas impurezas têm mais elétrons de valência, criando elétrons excedentes na banda de condução. Esses elétrons extras agem como portadores de carga negativa, caracterizando o semicondutor como tipo-n.
A Junção P-N e a Polarização Reversa
A junção P-N, quando submetida a uma voltagem externa na direção de polarização reversa, melhora significativamente sua eficácia como detector de radiação. Isso ocorre porque a região de depleção atua como um detector de radiação. A aplicação de uma tensão de polarização reversa na junção P-N permite esgotar o detector de portadores de carga livres, um princípio fundamental na maioria dos detectores semicondutores.
A polarização reversa de uma junção aumenta a espessura da região de depleção, pois a diferença de potencial através da junção é ampliada. Detectores de germânio têm uma estrutura p-i-n, na qual a região intrínseca (i) é sensível à radiação ionizante, particularmente raios X e gama. Sob polarização reversa, um campo elétrico se estende pela região intrínseca ou esgotada. Neste cenário, uma tensão negativa é aplicada ao lado p e uma positiva ao lado n. Os buracos na região p são atraídos do contato para longe da junção, e o mesmo ocorre com os elétrons no contato n.
Em proporção à energia depositada no detector pelo fóton incidente, essa carga é convertida em um pulso de tensão por um pré-amplificador sensível à carga integrado.
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