Semicondutores: Uma Visão Geral
Os semicondutores, materiais inorgânicos ou orgânicos, desempenham um papel crucial no controle da condução elétrica. Esta capacidade é influenciada pela estrutura química, temperatura, iluminação e a presença de dopantes. Eles se situam na faixa de condutividade entre metais, como cobre e ouro, e isolantes, como o vidro, possuindo uma lacuna de energia menor que 4eV (aproximadamente 1eV).
Lacuna de Energia nos Semicondutores
Em física do estado sólido, a lacuna de energia, ou gap de banda, é uma faixa de energia onde não é permitido estados eletrônicos entre a banda de valência e a banda de condução. Diferente dos condutores, os elétrons nos semicondutores necessitam de energia, como a radiação ionizante, para atravessar o gap de banda e alcançar a banda de condução. As propriedades dos semicondutores são definidas por essa lacuna entre as bandas de valência e condução.
Gálio Nitreto (GaN)
O gálio nitreto (GaN) é um material semicondutor de gap largo que tem ganhado atenção devido às suas propriedades eletrônicas únicas. Com um gap de banda de 3.4 eV, supera semicondutores tradicionais como o silício (1.1 eV) e arsenieto de gálio (1.4 eV). O GaN destaca-se pela alta mobilidade eletrônica, até 20 vezes superior à do silício, permitindo maiores velocidades de elétrons e comutação mais rápida, ideal para dispositivos eletrônicos de potência como fontes de alimentação e inversores.
Resistente a altas temperaturas, o GaN é adequado para aplicações automotivas e aeroespaciais. Além disso, possui excelente condutividade térmica, essencial para dissipar o calor gerado em operação. Em optoeletrônica, LEDs e diodos laser baseados em GaN são altamente eficientes, com aplicações em iluminação geral, faróis de automóveis e retroiluminação para displays LCD. Contudo, seu custo relativamente alto em comparação a outros semicondutores ainda é um desafio, embora pesquisas busquem reduzir esses custos e ampliar sua aplicabilidade.
Tipos de Semicondutores
Semicondutores podem ser classificados em dois tipos principais:
Semicondutores Intrínsecos
São semicondutores puros, formados por um único elemento (ex: Silício, Germânio), sem doping intencional. Eles conduzem eletricidade quando aquecidos, permitindo que alguns elétrons ganhem energia suficiente para se libertar de suas ligações e se tornarem elétrons livres na banda de condução.
Semicondutores Extrínsecos
Estes são semicondutores impuros, dopados intencionalmente para mudar suas propriedades eletrônicas. Podem ser divididos em:
- Semicondutores tipo p: Dopados com átomos como o boro, criam “buracos” na banda de valência, que podem conduzir corrente como portadores de carga positiva.
- Semicondutores tipo n: Dopados com átomos como o fósforo, criam elétrons excedentes na banda de condução, que conduzem corrente como portadores de carga negativa.
Tabela de Semicondutores
Aqui está uma tabela com 3 semicondutores intrínsecos e 2 tipos p e n, junto com 4 propriedades chave:
| Semiconductor | Type | Band Gap (eV) | Electron Mobility (cm²/Vs) | Hole Mobility (cm²/Vs) | Thermal Conductivity (W/mK) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silicon (Si) | Intrinsic | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Germanium (Ge) | Intrinsic | 0.67 | 3900 | 1900 | 60 |
| Gallium Arsenide (GaAs) | Intrinsic | 1.43 | 8500 | 400 | 46 |
| Boron-doped Silicon (p-Si) | p-type | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Phosphorus-doped Silicon (n-Si) | n-type | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Aluminum-doped Gallium Arsenide (p-GaAs) | p-type | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Silicon-doped Gallium Arsenide (n-GaAs) | n-type | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
