11- O que acontece com a condutividade elétrica de um semicondutor quando impurezas são adicionadas intencionalmente ao seu cristal?
Passo 1
Beleza, a pergunta é: “O que acontece com a condutividade elétrica de um semicondutor quando a gente adiciona impurezas de propósito (o tal do dopagem) no cristal?”.
Conteúdo: Física de semicondutores – mais especificamente, dopagem e condutividade elétrica.
O que vamos precisar:
• Entender o que é condutividade elétrica num semicondutor;
• Saber como dopagem (impurezas) altera a quantidade de portadores de carga (elétrons e lacunas);
• Saber a fórmula básica da condutividade:
\sigma = q,(n,\mu_n + p,\mu_p)
Conteúdo: Física de semicondutores – mais especificamente, dopagem e condutividade elétrica.
O que vamos precisar:
• Entender o que é condutividade elétrica num semicondutor;
• Saber como dopagem (impurezas) altera a quantidade de portadores de carga (elétrons e lacunas);
• Saber a fórmula básica da condutividade:
\sigma = q,(n,\mu_n + p,\mu_p)
Passo 2
Primeiro, lembra que num semicondutor puro (intrínseco) a gente tem um certo número de elétrons livres (n) e de “buracos” ou lacunas §. Esses portadores são consequência de que elétrons saltam da banda de valência para a banda de condução. A condutividade elétrica \sigma mede quão fácil é passar corrente, e vale:
\sigma = q,(n,\mu_n + p,\mu_p)
onde
• q é a carga do elétron,
• \mu_n e \mu_p são as mobilidades dos elétrons e das lacunas.
\sigma = q,(n,\mu_n + p,\mu_p)
onde
• q é a carga do elétron,
• \mu_n e \mu_p são as mobilidades dos elétrons e das lacunas.
Passo 3
Quando a gente adiciona impurezas do tipo doador (dopagem n), insere átomos que têm um elétron extra em relação ao semicondutor. Esse elétron “sobrando” cai facilmente na banda de condução, aumentando n (o número de elétrons livres).
Se for impureza do tipo aceitador (dopagem p), o que rola é que ela “aceita” um elétron, criando uma lacuna extra na banda de valência, ou seja, aumenta p (o número de lacunas).
Se for impureza do tipo aceitador (dopagem p), o que rola é que ela “aceita” um elétron, criando uma lacuna extra na banda de valência, ou seja, aumenta p (o número de lacunas).
Passo 4
Como a condutividade \sigma depende diretamente de n e p, quando aumentamos um deles (via dopagem), o termo correspondente na fórmula cresce muito. Em geral:
• Na dopagem n: n ≫ p, então \sigma ≈ q,n,\mu_n
• Na dopagem p: p ≫ n, então \sigma ≈ q,p,\mu_p
Em ambos os casos o resultado é um aumento significativo de \sigma.
• Na dopagem n: n ≫ p, então \sigma ≈ q,n,\mu_n
• Na dopagem p: p ≫ n, então \sigma ≈ q,p,\mu_p
Em ambos os casos o resultado é um aumento significativo de \sigma.
Resposta
Adicionar impurezas intencionais (dopagem) faz a condutividade elétrica do semicondutor aumentar bastante, porque aumenta o número de portadores de carga livres (elétrons em n-type ou lacunas em p-type).