Semicondutores Extrínsecos – Semicondutores Dopados
Introdução aos Semicondutores
Os semicondutores são materiais inorgânicos ou orgânicos que têm a capacidade de controlar sua condução elétrica dependendo da estrutura química, temperatura, iluminação e presença de dopantes. Seu nome vem da condutividade elétrica que possuem, a qual se situa entre um metal, como cobre ou ouro, e um isolante, como o vidro. Eles apresentam uma lacuna de energia menor que 4eV (cerca de 1eV), conhecida em física do estado sólido como band gap, uma faixa de energia onde estados eletrônicos são proibidos entre a banda de valência e a banda de condução.
Tipos de Semicondutores
Os semicondutores são classificados em dois tipos com base em suas propriedades eletrônicas:
Semicondutores Intrínsecos
São semicondutores puros, constituídos por um único elemento, como Silício ou Germânio, sem dopagem intencional. Eles conduzem eletricidade quando aquecidos, permitindo que alguns elétrons ganhem energia suficiente para se libertar de suas ligações e tornarem-se elétrons livres na banda de condução.
Semicondutores Extrínsecos
São semicondutores impuros, intencionalmente dopados para alterar suas propriedades eletrônicas. Eles se subdividem em:
Semicondutores tipo-p: Aqui, átomos de impureza como o boro são introduzidos no material semicondutor. Essas impurezas têm menos elétrons de valência do que o material do semicondutor, resultando na criação de “buracos” (ausência de elétrons) na banda de valência, que podem conduzir corrente como portadores de carga positiva.
Semicondutores tipo-n: Neste caso, átomos de impureza como o fósforo são introduzidos. Essas impurezas têm mais elétrons de valência do que o material semicondutor, criando elétrons excedentes na banda de condução, que podem conduzir corrente como portadores de carga negativa.
Propriedades dos Semicondutores
A tabela a seguir apresenta 3 semicondutores intrínsecos e 2 tipos de semicondutores extrínsecos (p e n), com 4 propriedades-chave:
| Semicondutor | Tipo | Lacuna de Energia (eV) | Mobilidade dos Elétrons (cm2/V.s) | Mobilidade dos Buracos (cm2/V.s) | 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 |
Semicondutores Extrínsecos – Detalhes e Aplicações
Os semicondutores extrínsecos ou dopados são semicondutores intencionalmente dopados para modificar suas propriedades elétricas, ópticas e estruturais. Por exemplo, em detectores de radiação ionizante, a dopagem visa alterar as propriedades elétricas do semicondutor intrínseco. A adição de uma pequena percentagem de átomos estrangeiros na estrutura cristalina do silício ou germânio provoca mudanças significativas nas suas propriedades elétricas, já que estes átomos fornecem portadores de carga livres (elétrons ou buracos de elétrons) no semicondutor.
No caso dos semicondutores tipo-n, os átomos doadores resultam em um aumento do número de elétrons, enquanto nos semicondutores tipo-p, os átomos aceitadores aumentam o número de buracos. Esses semicondutores são componentes fundamentais de vários dispositivos elétricos e detectores de radiação ionizante. Por exemplo, um diodo semicondutor, que permite a corrente em apenas uma direção, geralmente consiste em semicondutores tipo-p e tipo-n em junção um com o outro.
Conclusão
Os semicondutores, sejam intrínsecos ou extrínsecos, desempenham um papel crucial na tecnologia moderna, desde a computação até a detecção de radiação. A compreensão de suas propriedades e aplicações é fundamental para o avanço da eletrônica e dos materiais semicondutores.
