Semicondutores tipo p | Definição, Tipos e Características

Semicondutores do tipo p

Os semicondutores são materiais inorgânicos ou orgânicos capazes de controlar sua condução com base na estrutura química, temperatura, iluminação e presença de dopantes. O termo “semicondutor” vem do fato de que esses materiais possuem uma condutividade elétrica intermediária entre um metal, como cobre ou ouro, e um isolante, como o vidro. Eles têm uma lacuna de energia de menos de 4eV (cerca de 1eV). Em física do estado sólido, esta lacuna de energia, ou band gap, é uma faixa de energia entre a banda de valência e a banda de condução onde estados de elétrons são proibidos. Diferentemente dos condutores, os elétrons dos semicondutores precisam obter energia (por exemplo, de 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.

Entendendo os Semicondutores do tipo p

Um semicondutor extrínseco dopado com átomos aceitadores de elétrons é chamado de semicondutor do tipo p, pois a maioria dos portadores de carga no cristal são buracos de elétrons (portadores de carga positiva). O semicondutor puro de silício é um elemento tetravalente, e a estrutura cristalina normal contém 4 ligações covalentes de quatro elétrons de valência. No silício, os dopantes mais comuns são elementos do grupo III e grupo V. Elementos do grupo III (trivalentes) contêm três elétrons de valência, funcionando como aceitadores ao dopar o silício. Quando um átomo aceitador substitui um átomo de silício tetravalente no cristal, cria-se um estado vago (um buraco de elétron). Um buraco de elétron (muitas vezes apenas chamado de buraco) é a falta de um elétron em uma posição onde um poderia existir em um átomo ou rede atômica. É um dos dois portadores de carga responsáveis ​​por criar uma corrente elétrica em materiais semicondutores. Esses buracos carregados positivamente podem se mover de átomo para átomo em materiais semicondutores à medida que os elétrons deixam suas posições.

Impacto da Dopagem na Condução

A adição de impurezas trivalentes como boro, alumínio ou gálio a um semicondutor intrínseco cria esses buracos de elétrons positivos na estrutura. Por exemplo, um cristal de silício dopado com boro (grupo III) cria um semicondutor do tipo p, enquanto um cristal dopado com fósforo (grupo V) resulta em um semicondutor do tipo n. O número de sítios aceitadores domina completamente o número de buracos de elétrons. Portanto, o número total de buracos é aproximadamente igual ao número de sítios doadores, \( p \approx N_A \). A neutralidade de carga deste material semicondutor também é mantida. O resultado líquido é que o número de buracos de elétrons aumenta enquanto o número de elétrons de condução é reduzido. O desequilíbrio na concentração de portadores nas respectivas bandas é expresso pelo número absoluto diferente de elétrons e buracos. Os buracos de elétrons são portadores majoritários, enquanto os elétrons são portadores minoritários em material do tipo p.

Comparação de Semicondutores Intrínsecos e Extrínsecos

Aqui está uma tabela com 3 semicondutores intrínsecos e 2 semicondutores do tipo p e do tipo n, juntamente com 4 propriedades-chave: