Condutores e isolantes
Para entender melhor o que é um semicondutor, é importante ter claro em mente a idéia de condutor e isolante.
Vamos ver o que acontece quando diferentes
materiais são atritados com um tecido de lã e depois aproximados a um outro bastão
móvel de vidro previamente eletrizado positivamente.
O plástico moveu o bastão de vidro. Isso prova que ele, após o atrito, se carregou. O metal, porém, não exerceu nenhuma força sobre o vidro. Isso nos mostra que ele não permaneceu eletrizado.
Através desta experiência, vemos que as cargas fornecidas ao metal (pelo atrito) conseguem fluir por este "escapando" pelo corpo da pessoa que o segura e as cargas fornecidas ao plástico não.
Conclui-se, então, que o metal é um bom condutor de eletricidade, pois deixou as cargas escaparem. E o plástico é um mau condutor pois nele as cargas não se moveram.
Condutores
O que caracteriza o material bom condutor é o fato de os elétrons de valência (por exemplo, o cobre possui um elétron na última camada) estarem fracamente ligados ao átomo, podendo ser facilmente deslocados do mesmo. Ora, consideremos, por exemplo, uma barra de cobre que possui um número extremamente elevado de átomos de cobre e apliquemos uma diferença de potencial entre os extremos desta barra. Os elétrons da camada de valência de todos os átomos facilmente se deslocarão sob a ação do campo elétrico produzido pela diferença de potencial aplicada, originando-se uma corrente elétrica no material.
Outros materiais que possuem uma constituição semelhante à do cobre, com um único elétron na camada de valência, são o ouro e a prata, dois outros excelentes condutores de eletricidade.
Isolantes
Obviamente, os materiais isolantes devem corresponder aos materiais que apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos seus átomos. Entre os próprios elementos simples, existem vários que apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos átomos. Entretanto, verifica-se que se consegue uma resistividade muito maior com substâncias compostas, como é o caso da borracha, mica, teflon, baquelite etc. (é mais ou menos intuitivo que os átomos se combinam, formando estruturas complexas, os elétrons ficam mais fortemente ligados a estas estruturas).
Impurezas no material semicondutor
Quando se fala em impurezas do material
semicondutor estamos falando de materiais propositalmente colocados nas redes
cristalinas de germânio e silício para que esses materiais adquiram
propriedades características derivadas de cada tipo de impureza.
Existem dois tipos de impurezas:
Doadoras, ou tipo N;
Aceitadoras, ou tipo P.
Impurezas Doadoras
As impurezas doadoras ou do tipo N tem a característica de possuir um elétron a
mais de valência em seu átomo. Isso proporciona ao material tipo N (aquele que
possui esse tipo de impureza) liberar facilmente um elétron. Os materiais que
constituem as impurezas doadoras geralmente são materiais pentavalentes como o Fósforo,
o Arsênio e o Antimônio. O semicondutor que possui esse tipo de impureza é
chamado semicondutor tipo N.
Impurezas Aceitadoras
Este tipo de impureza introduzido na rede de um material semicondutor é chamado
de aceitador justamente por "aceitar" elétrons liberados pelo
semicondutor tipo N. Isso acontece pois o material aceitador, ou tipo P, possui
um elétron a menos na sua última camada eletrônica do que o material
semicondutor. Assim ele necessita adquirir um elétron para que o material fique
estável eletronicamente. As impurezas tipo P são do tipo trivalentes como Índio
O semicondutor com impureza aceitadora se chama semicondutor tipo P.
Portadores em um semicondutor
Os portadores são dois: elétrons (portadores de carga -) e buracos (portadores
de carga +).
Quando um material semicondutor perde um elétron neste local fica um buraco, ou
seja, ele fica portando uma carga +. Quando ele ganha um elétron ele porta uma
carga -. Num semicondutor tipo N, por possuir elétrons de valência, então ele
apresenta elétrons como portadores em maioria e buracos como portadores em
minoria. Já num semicondutor tipo P, por possuir mais buracos então estes são
portadores em maioria e os elétrons são os portadores em minoria.
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