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-
ou tipo-
?
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-
ou tipo-
?
Informações relevantes dadas (explicitamente ou que devemos assumir para resolver): o material base é silício e os elementos listados são os dopantes.
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 (
) tem
elétrons de valência e, no cristal, cada átomo de silício compartilha esses
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
elétrons de valência (um a mais que o silício), ele forma ligações e sobra elétron praticamente livre — isso aumenta a densidade de elétrons livres na banda de condução. Resultado: semicondutor tipo- (n de negative/electrons). - Acceptor: se o dopante tem
elétrons de valência (um a menos que o silício), ele forma ligações deixando uma ligação incompleta — isso cria uma lacuna (hole) que pode atuar como portador positivo. Resultado: semicondutor tipo- (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 (
).
- Se o dopante tem
elétrons de valência → doa elétrons → tipo- . - Se o dopante tem
elétrons de valência → aceita elétrons / cria lacunas → tipo- .
Um mnemônico: “3 = falta → hole →. 5 = sobra → elétron → .”
Passo 5
Determinação para cada elemento —
(índio): índio pertence ao grupo 13 da tabela periódica e tem
elétrons de valência. Pelo critério acima,
cria lacunas quando substitui silício, portanto produz semicondutor tipo-
.
(gálio): gálio também é do grupo 13 e tem
elétrons de valência. Assim como o índio,
funciona como aceitador e gera semicondutor tipo-
.
(fósforo): fósforo é do grupo 15 e tem
elétrons de valência. Quando entra na rede do silício ele fornece um elétron extra que fica livre para condução, logo
gera semicondutor tipo-
.
(boro): boro é do grupo 13 com
elétrons de valência. Portanto
atua como aceitador, criando lacunas, e produz semicondutor tipo-
.
(arsênico): arsênico é do grupo 15 com
elétrons de valência. Ele doa elétrons quando dopando silício, resultando em semicondutor tipo-
.
(alumínio): alumínio é do grupo 13 com
elétrons de valência. Assim,
cria lacunas no silício e produz semicondutor tipo-
.
(antimônio): antimônio é do grupo 15 com
elétrons de valência. Ele fornece elétrons livres ao cristal de silício, portanto gera semicondutor tipo-
.