Características dos Semicondutores
Os semicondutores, materiais inorgânicos ou orgânicos com capacidade única de controlar sua condução, são elementos fundamentais na eletrônica moderna. Esta habilidade depende de diversos fatores como estrutura química, temperatura, iluminação e a presença de dopantes. O nome “semicondutor” deriva da sua condutividade elétrica, que se situa entre um metal, como cobre ou ouro, e um isolante, como vidro. Com uma lacuna de energia (band gap) menor que 4eV (aproximadamente 1eV), esses materiais desempenham um papel crucial na física do estado sólido.
Condução Variável e Bandgap
Semicondutores possuem uma condutividade que varia entre a de um condutor e um isolante. Isso é controlado por doping, temperatura e campos elétricos aplicados. A condução elétrica em semicondutores ocorre quando energia suficiente é fornecida, por exemplo, através de radiação ionizante, permitindo que os elétrons atravessem o bandgap e alcancem a banda de condução.
Dopagem e Dependência da Temperatura
A dopagem altera as propriedades elétricas dos semicondutores, introduzindo elétrons adicionais ou “buracos”, modificando sua condutividade. Além disso, a condutividade dos semicondutores é altamente dependente da temperatura, aumentando conforme esta se eleva.
Sensibilidade à Luz e Portadores Minoritários
Certos semicondutores são sensíveis à luz, encontrando aplicação em células fotovoltaicas, sensores de luz e LEDs. Em semicondutores, elétrons e buracos são conhecidos como portadores minoritários, essenciais para manipular e controlar as propriedades elétricas do material.
Propriedades-chave e Aplicações
Entre as características principais dos semicondutores estão:
- Condutividade variável
- Bandgap
- Dopagem
- Dependência da temperatura
- Sensibilidade à luz
- Portadores minoritários
Semicondutores Intrínsecos e Extrínsecos
Semicondutores Intrínsecos:
Estes são semicondutores puros, compostos de um único elemento, como Silício ou Germânio, sem dopagem intencional. Eles conduzem eletricidade quando aquecidos, permitindo que os elétrons se libertem e movam-se na banda de condução.
Semicondutores Extrínsecos:
Estes são semicondutores dopados intencionalmente para alterar suas propriedades eletrônicas, dividindo-se em:
- p-tipo: Dopados com átomos como boro, criando “buracos” na banda de valência.
- n-tipo: Dopados com átomos como fósforo, criando elétrons excedentes na banda de condução.
Exemplos de Semicondutores
A seguir, apresentamos uma tabela com semicondutores intrínsecos e extrínsecos, juntamente com suas propriedades-chave:
| Semicondutor | Tipo | Band Gap (eV) | Mobilidade de Elétrons (cm²/Vs) | Mobilidade de Buracos (cm²/Vs) | Condutividade Térmica (W/mK) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silício (Si) | Intrínseco | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Germânio (Ge) | Intrínseco | 0.67 | 3900 | 1900 | 60 |
| Arsenieto de Gálio (GaAs) | Intrínseco | 1.43 | 8500 | 400 | 46 |
| Silício dopado com Boro (p-Si) | p-tipo | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Silício dopado com Fósforo (n-Si) | n-tipo | 1.12 | 1500 | 4500 | 150 |
| Arsenieto de Gálio dopado com Alumínio (p-GaAs) | p-tipo | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Arsenieto de Gálio dopado com Silício (n-GaAs) | n-tipo | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
