Tipos, Aplicações e Exemplos de Semicondutores

O semicondutores são elementos que realizam a função de condutores ou isolantes seletivamente, dependendo das condições externas a que estão sujeitos, como temperatura, pressão, radiação e campos magnéticos ou elétricos.

Na tabela periódica estão presentes 14 elementos semicondutores, entre os quais silício, germânio, selênio, cádmio, alumínio, gálio, boro, índio e carbono. Os semicondutores são sólidos cristalinos com condutividade elétrica média, de modo que podem ser usados ​​de maneira dupla como um condutor e um isolante.

Se eles são usados ​​como condutores, sob certas condições, as condições permitem a circulação de corrente elétrica, mas apenas em uma direção. Além disso, eles não têm uma condutividade tão alta quanto a dos metais condutores.

Os semicondutores são usados ​​em aplicações eletrônicas, especialmente para a fabricação de componentes como transistores, diodos e circuitos integrados. Eles também são usados ​​como acessórios ou acessórios para sensores ópticos, como lasers de estado sólido, e alguns dispositivos de energia para sistemas de transmissão de energia elétrica.

Atualmente, este tipo de elementos está sendo usado para desenvolvimentos tecnológicos nas áreas de telecomunicações, sistemas de controle e processamento de sinais, tanto em aplicações domésticas quanto industriais.

Índice

• 1 tipos
  • 1.1 semicondutores intrínsecos
  • 1.2 semicondutores extrínsecos
• 2 características
• 3 aplicações
• 4 exemplos
• 5 referências

Tipos

Existem diferentes tipos de materiais semicondutores, dependendo das impurezas que apresentam e de sua resposta física a diferentes estímulos ambientais.

Semicondutores intrínsecos

São aqueles elementos cuja estrutura molecular é composta de um único tipo de átomo. Entre este tipo de semicondutores intrínsecos é silico e germânio.

A estrutura molecular dos semicondutores intrínsecos é tetraédrica; isto é, tem ligações covalentes entre quatro átomos circundantes, como apresentado na imagem abaixo.

Cada átomo de um semicondutor intrínseco tem 4 elétrons de valência; isto é, 4 elétrons orbitando na camada mais externa de cada átomo. Por sua vez, cada um desses elétrons forma ligações com os elétrons adjacentes.

Dessa forma, cada átomo tem 8 elétrons em sua camada mais superficial, formando uma união sólida entre os elétrons e os átomos que compõem a rede cristalina.

Por causa dessa configuração, os elétrons não se movem facilmente dentro da estrutura. Assim, sob condições padrão, os semicondutores intrínsecos se comportam como um isolante.

No entanto, a condutividade do semicondutor intrínseco aumenta sempre que a temperatura aumenta, uma vez que alguns elétrons de valência absorvem a energia do calor e se separam das ligações.

Esses elétrons tornam-se elétrons livres e, se forem adequadamente endereçados por uma diferença no potencial elétrico, podem contribuir para a circulação da corrente dentro da rede cristalina.

Neste caso, os elétrons livres saltam para a banda de condução e vão para o pólo positivo da fonte potencial (uma bateria, por exemplo).

O movimento dos elétrons de valência induz um vácuo na estrutura molecular, o que se traduz em um efeito similar àquele que produziria uma carga positiva no sistema, então eles são considerados como portadores de carga positiva.

Então, ocorre um efeito inverso, uma vez que alguns elétrons podem cair da banda de condução para a camada de valência liberando energia no processo, o que é chamado de recombinação.

Semicondutores extrínsecos

Eles se conformam, incluindo impurezas dentro dos drivers intrínsecos; isto é, incorporando elementos trivalentes ou pentavalentes.

Este processo é conhecido como doping e visa aumentar a condutividade dos materiais, para melhorar as propriedades físicas e elétricas destes.

Ao substituir um átomo semicondutor intrínseco por um átomo de outro componente, dois tipos de semicondutores extrínsecos podem ser obtidos, que são detalhados a seguir.

Semicondutor tipo P

Neste caso, a impureza é um elemento semicondutor trivalente; isto é, com três (3) elétrons em sua camada de valência.

Elementos intrusivos dentro da estrutura são chamados de elementos de dopagem. Exemplos desses elementos para semicondutores do tipo P são boro (B), gálio (Ga) ou índio (In).

Na falta de um elétron de valência para formar as quatro ligações covalentes de um semicondutor intrínseco, o semicondutor do tipo P tem uma lacuna no elo perdido.

Isso faz com que a passagem de elétrons que não pertencem à rede cristalina atravesse esse orifício de transporte de carga positiva.

Devido à carga positiva da lacuna do elo, este tipo de condutores é chamado com a letra "P" e, conseqüentemente, eles são reconhecidos como aceitadores de elétrons.

O fluxo de elétrons através dos orifícios da ligação produz uma corrente elétrica que flui na direção oposta à corrente derivada dos elétrons livres.

Semicondutor tipo N

O elemento intrusivo na configuração é dado por elementos pentavalentes; isto é, aqueles que têm cinco (5) elétrons na banda de valência.

Neste caso, as impurezas são incorporados nos elementos semicondutores intrínsecas são como fósforo (P), antimónio (Sb) ou arsénio (As).

Os dopantes têm um elétron de valência extra que, ao não ter um elo covalente para se unir, é automaticamente livre para se mover através da rede cristalina.

Aqui, a corrente elétrica circula através do material graças ao excedente de elétrons livres fornecidos pelo dopante. Portanto, os semicondutores do tipo N são considerados doadores de elétrons.

Características

Os semicondutores são caracterizados pela sua dupla funcionalidade, eficiência energética, diversidade de aplicações e baixo custo. As características mais destacadas dos semicondutores estão detalhadas abaixo.

- Sua resposta (condutor ou isolante) pode variar dependendo da sensibilidade do elemento à iluminação, campos elétricos e campos magnéticos do ambiente.

- Se o semicondutor é submetido a uma temperatura baixa, os electrões será mantida unida na banda de valência e, portanto, não se verifica para o fluxo livre de electrões de corrente eléctrica.

No entanto, se o semicondutor é exposto a altas temperaturas, a vibração térmica pode afectar a resistência das ligações covalentes dos átomos do elemento, que libertem electrões por condução eléctrica permanecem.

- A condutividade dos semicondutores varia dependendo da proporção de impurezas ou elementos de dopagem dentro de um semicondutor intrínseco.

Por exemplo, se 10 átomos de boro são incluídos em um milhão de átomos de silício, a proporção aumenta a condutividade dos compósitos mil vezes, quando comparada com a condutividade de silício puro.

- A condutividade dos semicondutores varia em um intervalo entre 1 e 10^-6 S.cm^-1, dependendo do tipo de elemento químico utilizado.

- Os compostos ou semicondutores extrínsecos podem exibir propriedades ópticas e eléctricas consideravelmente superiores às propriedades do semicondutor intrínsecos.Un exemplo deste aspecto é de arsenieto de gálio (GaAs), predominantemente usada em aplicações de frequência de rádio e outras aplicações optoelectrónicos.

Aplicações

Os semicondutores são amplamente utilizados como matéria-prima na montagem de elementos eletrônicos que fazem parte do nosso dia a dia, como os circuitos integrados.

Um dos principais elementos de um circuito integrado são os transistores. Estes dispositivos cumprem a função de fornecer um sinal de saída (oscilatório, amplificado ou retificado) de acordo com um sinal de entrada específico.

Além disso, os semicondutores são também o material primário dos diodos usados ​​em circuitos eletrônicos para permitir a passagem de corrente elétrica em apenas uma direção.

Para a concepção de diodos, junções de semicondutores extrínsecas do tipo P e tipo N-Al está formada alternando os transportadores e doadores de electrões, um mecanismo de equilíbrio entre as duas zonas é activado.

Assim, elétrons e buracos em ambas as zonas se cruzam e se complementam quando necessário. Isso ocorre de duas maneiras:

- Ocorre a transferência de elétrons da zona do tipo N para a zona P. A zona do tipo N obtém uma zona de carga predominantemente positiva.

- Há uma passagem de elétrons carregando buracos da zona do tipo P para a zona do tipo N. A zona do tipo P adquire uma carga predominantemente negativa.

Finalmente, é criado um campo elétrico que induz a circulação da corrente em apenas uma direção; isto é, da zona N para a zona P.

Além disso, o uso de combinações de semicondutores intrínsecos e extrínsecos pode produzir dispositivos que executam funções semelhantes a um tubo de vácuo que contém seu volume centenas de vezes.

Este tipo de aplicações aplica-se a circuitos integrados como, por exemplo, chips de microprocessador que cobrem uma quantidade considerável de energia elétrica.

Os semicondutores estão presentes em dispositivos eletrônicos que usamos em nosso dia a dia, como equipamentos de linha marrom, como televisores, players de vídeo, equipamentos de som; computadores e telefones celulares.

Exemplos

O semicondutor mais comumente usado na indústria eletrônica é o silício (Si). Este material está presente nos dispositivos que compõem os circuitos integrados que fazem parte do nosso dia a dia.

O germânio e as ligas de silício (SiGe) são usados ​​em circuitos integrados de alta velocidade para radares e amplificadores de instrumentos elétricos, como guitarras elétricas.

Outro exemplo de semicondutor é o arseneto de gálio (GaAs), amplamente utilizado em amplificadores de sinal, especificamente sinais com alto ganho e baixo nível de ruído.

Referências

1. Brian, M. (s.f.) Como funcionam os semicondutores. Retirado de: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Semicondutores intrínsecos e extrínsecos. Retirado de: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (s.f.). Semicondutor Retirado de: whatis.techtarget.com
4. Semicondutor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc.Londres, Reino Unido. Recuperado de: britannica.com
5. O que são semicondutores? (s.f.) © Hitachi High-Technologies Corporation. Retirado de: hitachi-hightech.com
6. Wikipédia, a enciclopédia livre (2018). Semicondutor Retirado de: en.wikipedia.org