Arsenieto de gálio | Semicondutor | Propriedades e aplicação

Arsênio de Gálio: Um Avanço nos Semicondutores

Os semicondutores, materiais inorgânicos ou orgânicos, desempenham um papel crucial no controle da condução elétrica. Sua capacidade de condução varia em função da estrutura química, temperatura, iluminação e dopagem. Estes materiais possuem uma condutividade elétrica intermediária entre um metal, como cobre ou ouro, e um isolante, como vidro, caracterizada por uma lacuna de energia inferior a 4eV (aproximadamente 1eV).

Na física do estado sólido, a lacuna de energia, ou “band gap”, representa uma faixa de energia entre a banda de valência e a banda de condução, onde não são permitidos estados de elétrons. Diferentemente dos condutores, os elétrons nos semicondutores necessitam de energia (por exemplo, da radiação ionizante) para atravessar o “band gap” e alcançar a banda de condução. As propriedades dos semicondutores são determinadas pela lacuna de energia entre as bandas de valência e de condução.

O Potencial do Arsênio de Gálio

O arsênio de gálio (GaAs) é um material semicondutor utilizado em diversas aplicações eletrônicas, apresentando vantagens significativas sobre o silício. Entre suas principais características, destacam-se a maior mobilidade de elétrons, frequências operacionais mais altas e melhor resistência a danos por radiação.

No GaAs, a estrutura cristalina é similar à do silício, porém com ligações atômicas mais fortes, conferindo maior durabilidade ao material. Além disso, por ser um material de “band gap” direto, o GaAs converte de maneira eficiente a energia elétrica em energia luminosa, tornando-o ideal para dispositivos optoeletrônicos como LEDs e diodos laser.

Comumente utilizado em dispositivos eletrônicos de alta velocidade, como transistores de micro-ondas e circuitos integrados de alta frequência, o GaAs também é empregado em células solares e outros dispositivos fotovoltaicos devido ao seu alto coeficiente de absorção, que permite a conversão eficiente de energia luminosa em energia elétrica. Sua alta resistência à radiação o torna adequado para uso em ambientes espaciais e de alta radiação. Contudo, seu custo superior ao do silício restringe seu uso em muitas aplicações de eletrônicos de consumo.

Tipos de Semicondutores

Os semicondutores podem ser classificados em dois tipos principais, baseados em suas propriedades eletrônicas:

• Semicondutores Intrínsecos: São semicondutores puros, compostos por um único elemento (ex.: Silício, Germânio), sem dopagem intencional. Eles conduzem eletricidade quando aquecidos, permitindo que alguns elétrons ganhem energia suficiente para se libertarem de suas ligações e se tornarem elétrons livres na banda de condução.
• Semicondutores Extrínsecos: São semicondutores dopados intencionalmente para alterar suas propriedades eletrônicas. Podem ser divididos em:
  • Semicondutores tipo p: Adiciona-se átomos de impurezas como boro, que possuem menos elétrons de valência que o material semicondutor, criando “buracos” na banda de valência, que podem conduzir corrente como portadores de carga positiva.
  • Semicondutores tipo n: Adiciona-se átomos de impurezas como fósforo, que possuem mais elétrons de valência que o material semicondutor, criando elétrons excedentes na banda de condução, que podem conduzir corrente como portadores de carga negativa.

Propriedades Chave dos Semicondutores

Aqui está uma tabela com 3 semicondutores intrínsecos e 2 tipos de semicondutores p e n, junto com 4 propriedades-chave: