Atividade 11.2 Silício é dopado com os seguintes elementos: índio, gálio, fósforo, bóro, arsênico, alumínio, antimônio. Em cada caso, que tipo de semicondutor extrínsico é resultante, tipo- p ou tipo- n ?

Passo 1

O enunciado lista os elementos que serão usados para dopar o silício: índio, gálio, fósforo, boro, arsênico, alumínio e antimônio. A pergunta é, para cada um desses dopantes, qual o tipo de semicondutor extrínseco resultante: tipo- p ou tipo- n?
Informações relevantes dadas (explicitamente ou que devemos assumir para resolver): o material base é silício e os elementos listados são os dopantes.

Passo 2

Entendendo o que é o silício e um semicondutor intrínseco (aula rapidinha): o silício ( \mathrm{Si}) tem \\\ 4 elétrons de valência e, no cristal, cada átomo de silício compartilha esses \\\ 4 elétrons com quatro vizinhos formando ligações covalentes. Em um semicondutor intrínseco (silício puro) o número de portadores livres é pequeno: os elétrons excitados para a banda de condução e as lacunas (holes) na banda de valência aparecem em pares.

Passo 3

O que significa “dopar” e os dois casos básicos (conceito): dopar é introduzir impurezas substituindo alguns átomos de silício por átomos de outro elemento. Existem dois efeitos possíveis, dependendo do número de elétrons de valência do dopante:
  • Donor: se o dopante tem \\\ 5 elétrons de valência (um a mais que o silício), ele forma \\\ 4 ligações e sobra \\\ 1 elétron praticamente livre — isso aumenta a densidade de elétrons livres na banda de condução. Resultado: semicondutor tipo- n (n de negative/electrons).
  • Acceptor: se o dopante tem \\\ 3 elétrons de valência (um a menos que o silício), ele forma \\\ 3 ligações deixando uma ligação incompleta — isso cria uma lacuna (hole) que pode atuar como portador positivo. Resultado: semicondutor tipo- p (p de positive/holes).

Passo 4

Resumo prático (truque para a prova): basta saber o número de elétrons de valência do dopante comparado ao silício ( \\\ 4).
  • Se o dopante tem \\\ 5 elétrons de valência → doa elétrons → tipo- n.
  • Se o dopante tem \\\ 3 elétrons de valência → aceita elétrons / cria lacunas → tipo- p.
    Um mnemônico: “3 = falta → hole → p. 5 = sobra → elétron → n.”

Passo 5

Determinação para cada elemento — \mathrm{In} (índio): índio pertence ao grupo 13 da tabela periódica e tem \\\ 3 elétrons de valência. Pelo critério acima, \mathrm{In} cria lacunas quando substitui silício, portanto produz semicondutor tipo- p.
\mathrm{Ga} (gálio): gálio também é do grupo 13 e tem \\\ 3 elétrons de valência. Assim como o índio, \mathrm{Ga} funciona como aceitador e gera semicondutor tipo- p.
\mathrm{P} (fósforo): fósforo é do grupo 15 e tem \\\ 5 elétrons de valência. Quando entra na rede do silício ele fornece um elétron extra que fica livre para condução, logo \mathrm{P} gera semicondutor tipo- n.
\mathrm{B} (boro): boro é do grupo 13 com \\\ 3 elétrons de valência. Portanto \mathrm{B} atua como aceitador, criando lacunas, e produz semicondutor tipo- p.
\mathrm{As} (arsênico): arsênico é do grupo 15 com \\\ 5 elétrons de valência. Ele doa elétrons quando dopando silício, resultando em semicondutor tipo- n.
\mathrm{Al} (alumínio): alumínio é do grupo 13 com \\\ 3 elétrons de valência. Assim, \mathrm{Al} cria lacunas no silício e produz semicondutor tipo- p.
\mathrm{Sb} (antimônio): antimônio é do grupo 15 com \\\ 5 elétrons de valência. Ele fornece elétrons livres ao cristal de silício, portanto gera semicondutor tipo- n.

Resposta

\mathrm{In} (índio): tipo-p
\mathrm{Ga} (gálio): tipo-p
\mathrm{P} (fósforo): tipo-n
\mathrm{B} (boro): tipo-p
\mathrm{As} (arsênico): tipo-n
\mathrm{Al} (alumínio): tipo-p
\mathrm{Sb} (antimônio): tipo-n

Exercícios relacionados