Semicondutor Intrínseco – Semicondutor Puro | Definição e Tipos

Semicondutores Intrínsecos – Semicondutores Puros

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 presença de dopantes. A condução elétrica desses materiais se situa entre um metal, como cobre ou ouro, e um isolante, como vidro. Eles possuem um gap de energia inferior a 4eV (cerca de 1eV), crucial na física do estado sólido.

Entendendo o Gap de Energia

Na física do estado sólido, o gap de energia, ou banda proibida, é a faixa de energia entre a banda de valência e a banda de condução onde os estados eletrônicos são proibidos. Nos semicondutores, ao contrário dos condutores, os elétrons precisam adquirir energia, por exemplo, de radiação ionizante, para atravessar o gap de energia e alcançar a banda de condução.

Tipos de Semicondutores

Os semicondutores são classificados em dois tipos básicos, com base em suas propriedades eletrônicas:

• Semicondutores Intrínsecos: São semicondutores puros, constituídos por um único elemento, como Silício ou Germânio, sem dopagem intencional com impurezas. Eles conduzem eletricidade quando aquecidos, pois alguns elétrons ganham energia suficiente para se libertar de suas ligações, tornando-se elétrons livres na banda de condução.
• Semicondutores Extrínsecos: São semicondutores impuros, intencionalmente dopados com impurezas para alterar suas propriedades eletrônicas. Estes podem ser classificados em dois tipos:
  • Semicondutores tipo-p: Aqui, átomos de impurezas como o boro são introduzidos no material semicondutor. Estas impurezas têm menos elétrons de valência que o material semicondutor, resultando na criação de “buracos” na banda de valência, que podem conduzir corrente como portadores de carga positiva.
  • Semicondutores tipo-n: Impurezas como o fósforo são introduzidas, criando elétrons excessivos na banda de condução, que podem conduzir corrente como portadores de carga negativa.

Semicondutores Intrínsecos – Pureza e Propriedades

Um semicondutor intrínseco é completamente puro, sem espécies dopantes significativas. As características desses semicondutores são determinadas pelas propriedades do material e não pelo número de impurezas. Por exemplo, um amostra de 1 cm³ de germânio puro a 20 °C contém cerca de 4.2×10²² átomos, mas também possui aproximadamente 2.5 x 10¹³ elétrons livres e 2.5 x 10¹³ buracos. Estes portadores de carga são produzidos por excitação térmica.

Os semicondutores intrínsecos, no entanto, não são muito úteis como bons isolantes ou condutores. Contudo, sua condutividade pode ser aumentada e controlada através da dopagem com impurezas e aplicação de campos elétricos.

Dopagem e Gating em Semicondutores

A adição de 0,001% de arsênio, por exemplo, doa um extra de 10¹⁷ elétrons livres no mesmo volume, aumentando a condutividade elétrica em um fator de 10.000. A dopagem e o gating movem a banda de condução ou de valência muito mais próximas do nível de Fermi, aumentando significativamente o número de estados parcialmente preenchidos.

Em resumo, os semicondutores intrínsecos desempenham um papel fundamental na tecnologia moderna, oferecendo uma base para o avanço e inovação em inúmeros dispositivos eletrônicos.