De acordo com a teoria de banda (TOM), como os isolantes, os semicondutores e os condutores se diferem?
Passo 1
O enunciado pede para comparar isolantes, semicondutores e condutores segundo a teoria de bandas do estado sólido, usando conceitos de banda de valência, banda de condução, nível de Fermi e gap proibido.
Passo 2
Definições fundamentais: a banda de valência é o conjunto de níveis de energia ocupados por elétrons a
, a banda de condução é o conjunto de níveis acima dela, o nível de Fermi
separa estados ocupados de vazios em
e o gap proibido
é a diferença de energia entre o topo da banda de valência e o fundo da banda de condução.
Passo 3
Condutores (metais): banda de valência e banda de condução se sobrepõem ou estão parcialmente preenchidas sem gap proibido. Assim, já a
há elétrons livres em níveis próximos a
, garantindo alta densidade de portadores de carga e condutividade elevada.
Passo 4
Isolantes: apresentam um gap proibido largo, tipicamente
. A excitação térmica de elétrons da banda de valência para a banda de condução a temperaturas usuais é praticamente nula, o que resulta em condutividade desprezível.
Passo 5
Semicondutores: possuem um gap proibido intermediário, em torno de
. Esse valor permite excitação térmica significativa de elétrons para a banda de condução a temperaturas moderadas e permite ainda o controle da condutividade por meio de dopagem.
Resposta
Insulante:
, excitação térmica desprezível,
.
Semicondutor: , excitação térmica e dopagem permitem condução controlada.
Condutor: sem gap proibido (bandas sobrepostas), elétrons livres em , alta condutividade.
Semicondutor:
Condutor: sem gap proibido (bandas sobrepostas), elétrons livres em