Tipos de Semicondutores
Os semicondutores, materiais inorgânicos ou orgânicos, desempenham um papel crucial na tecnologia moderna. Eles possuem a capacidade de controlar sua condução com base em sua estrutura química, temperatura, iluminação e a presença de dopantes. O termo “semicondutor” vem do fato de que esses materiais têm uma condutividade elétrica situada 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).
Na física do estado sólido, essa 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 nos semicondutores precisam adquirir energia (por exemplo, de radiação ionizante) para cruzar o band gap e alcançar a banda de condução.
Classificação dos Semicondutores
Os semicondutores podem ser classificados em dois tipos básicos com base em suas propriedades eletrônicas:
- Semicondutores Intrínsecos: São semicondutores puros, constituídos por um único elemento (por exemplo, Silício, Germânio) e sem dopagem intencional com impurezas. Conduzem eletricidade quando aquecidos, e 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. Podem ser classificados em:
- p-type: Aqui, átomos de impureza como boro são introduzidos no material semicondutor. Isso resulta em “buracos” (ausência de elétrons) na banda de valência, que podem conduzir corrente como portadores de carga positiva.
- n-type: Neste caso, átomos de impurezas como fósforo são introduzidos. Isso cria elétrons excedentes na banda de condução, que podem conduzir corrente como portadores de carga negativa.
Propriedades de Semicondutores Selecionados
| Semicondutor | Tipo | Lacuna de Energia (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-type | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Silício dopado com Fósforo (n-Si) | n-type | 1.12 | 1500 | 4500 | 150 |
| Arsenieto de Gálio dopado com Alumínio (p-GaAs) | p-type | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Arsenieto de Gálio dopado com Silício (n-GaAs) | n-type | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
Aplicações e Materiais Semicondutores
Existem vários tipos de semicondutores na natureza e outros sintetizados em laboratórios; no entanto, os mais conhecidos são silício (Si) e germânio (Ge).
- Silício (Si): Elemento químico com número atômico 14, é amplamente utilizado em detectores de partículas carregadas e detectores de raios-X moles. Por ter uma grande lacuna de energia, pode operar em temperatura ambiente, embora o resfriamento seja preferível para reduzir o ruído.
- Germânio (Ge): Elemento químico com número atômico 32, é mais usado do que o silício para detecção de radiação devido à menor energia necessária para criar um par elétron-buraco, proporcionando melhor resolução de energia.
- Diamante: Um semicondutor de grande lacuna de energia, esperado para oferecer vantagens significativas em dispositivos eletrônicos, especialmente em termos de dureza à radiação e correntes de deriva muito baixas.
- CdTe e CdZnTe: Materiais promissores para detecção de raios X e raios gama de alta energia, com eficiência quântica significativamente maior em comparação com sensores baseados em silício.
