Semicondutores

O que é um semicondutor?

Semicondutores são materiais capazes de atuar como condutores elétricos ou isolantes elétricos , dependendo das condições físicas em que se encontram. Essas condições geralmente envolvem temperatura e pressão , a incidência de radiação ou as intensidades do campo elétrico ou magnético ao qual o material está sujeito.

Os semicondutores são compostos de elementos químicos muito variados, que na verdade vêm de diferentes regiões da Tabela Periódica , mas que compartilham certas características químicas (geralmente são tetravalentes), que lhes conferem suas propriedades elétricas particulares. Atualmente, o semicondutor mais utilizado é o silício (Si) , principalmente na indústria de eletrônicos e informática .

Junto com os materiais isolantes, os semicondutores foram descobertos em 1727 pelo físico e naturalista inglês Stephen Gray (1666-1736), mas as leis que descrevem seus comportamentos e propriedades foram descritas muito mais tarde, em 1821, pelo famoso físico alemão Georg Simon. (1789-1854).

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Aplicações de semicondutores

Os semicondutores são especialmente úteis na indústria eletrônica , pois permitem que a corrente elétrica seja conduzida e modulada de acordo com os padrões necessários. Por isso, é comum que estejam acostumados a:

• Transistores
• Circuitos integrados
• Diodos elétricos
• Sensores Ópticos
• Lasers de estado sólido
• Moduladores de acionamento elétrico (como um amplificador de guitarra elétrica)

Tipos de semicondutores

Os semicondutores podem ser de dois tipos diferentes, dependendo de sua resposta ao ambiente físico em que estão:

Semicondutores intrínsecos

Eles são compostos de um único tipo de átomos , dispostos em moléculas tetraédricas (ou seja, quatro átomos com valência 4) e seus átomos unidos por ligações covalentes .

Essa configuração química impede a livre movimentação dos elétrons ao redor da molécula, exceto em caso de aumento da temperatura: então os elétrons participam da energia disponível e “saltam”, deixando um espaço livre que se traduz em carga positiva, que por sua vez, atrairá novos elétrons. Esse processo é chamado de recombinação e a quantidade de calor necessária para ele depende do elemento químico em questão.

Semicondutores extrínsecos

Esses materiais permitem um processo de dopagem , ou seja, permitem que algum tipo de impureza seja incluída em sua configuração atômica. Dependendo dessas impurezas, que podem ser pentavalentes ou trivalentes, os materiais semicondutores são divididos em dois:

• Semicondutores extrínsecos do tipo N (doadores) . Nestes tipos de materiais, os elétrons superam os buracos ou portadores de carga livre (“espaços” de carga positiva). Quando uma diferença de potencial é aplicada ao material, os elétrons livres se movem para a esquerda do material e os buracos para a direita. Quando os buracos alcançam a extrema direita, os elétrons do circuito externo entram no semicondutor e ocorre a transmissão da corrente elétrica.
• Semicondutores extrínsecos do tipo P (aceitadores) . Nestes materiais, a impureza adicionada, ao invés de aumentar os elétrons disponíveis, aumenta os buracos. Assim, falamos de material aceitador adicionado, uma vez que há uma demanda maior de elétrons do que disponibilidade e cada “espaço” livre onde um elétron deve ir serve para facilitar a passagem de corrente.

Exemplos de materiais semicondutores

Os semicondutores mais comuns e usados ​​na indústria são:

• Silício (Si)
• Germânio (Ge), muitas vezes em ligas de silício
• Arsenieto de gálio (GaAs)
• Enxofre
• Oxigênio
• Cádmio
• Selênio
• indiano
• Outros materiais químicos resultantes da combinação de elementos dos grupos 12 e 13 da tabela periódica, com elementos dos grupos 16 e 15 respectivamente.

Materiais condutores

Ao contrário dos semicondutores, cujas propriedades de condução elétrica variam, os materiais condutores estão sempre prontos para transmitir eletricidade , devido à configuração eletrônica de seus átomos. Essa condutividade pode flutuar e ser afetada em algum grau pelo estado físico do ambiente, uma vez que a condutividade elétrica não é absoluta.

Exemplos de materiais condutores são a grande maioria dos metais (ferro, mercúrio, cobre , alumínio, etc.) e água .

Materiais isolantes

Por fim, materiais isolantes são aqueles que resistem à condução de eletricidade , ou seja, que impedem a passagem de elétrons e são úteis, portanto, para se protegerem da eletricidade, para evitar que ela siga um curso livre, ou curto-circuitos. Os isoladores também não isolam cem por cento de forma eficiente. Eles têm um limite (tensão de ruptura) acima do qual a energia é tão intensa que não conseguem manter sua condição de isolantes e, portanto, transmitem corrente elétrica, pelo menos em certo grau.

Exemplos de materiais isolantes são plástico , cerâmica, vidro, madeira e papel.

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