O átomo de germânio possui 32 elétrons e assim como o silício é um semicondutor. Explique em termos de bandas de energia, como é o processo para obtenção do cristal de germânio com dopagem tipo p e com dopagem tipo n. Sugestão: Tome por base os conceitos que você estudou sobre o silício.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre doping em germânio! A questão fala sobre como a dopagem tipo p e tipo n são feitas no cristal de germânio, usando conceitos de bandas de energia, parecido com o que estudamos sobre silício. Para resolver, vamos precisar entender o que são semicondutores, bandas de energia, e como a adição de impurezas altera essas bandas para criar os tipos p e n.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar o que é um semicondutor. Semicondutores, como o silício e o germânio, têm uma banda de valência cheia e uma banda de condução vazia, separadas por uma banda proibida. A temperatura pode fornecer energia suficiente para que alguns elétrons pulem dessa banda de valência para a de condução, permitindo a condução elétrica.
Passo 3
Agora, sobre bandas de energia: a banda de valência é onde os elétrons estão ligados aos átomos, e a banda de condução é onde os elétrons ficam livres para se mover e conduzir corrente. A diferença de energia entre elas é crucial para o comportamento do semicondutor.
Passo 4
Para dopar o germânio em tipo n, adicionamos impurezas doadores, que têm mais elétrons do que o germânio puro. Por exemplo, usar fósforo, que tem cinco elétrons de valência. Esses elétrons extras não estão firmemente ligados e ficam na banda de condução, aumentando a disponibilidade de elétrons para condução elétrica.
Passo 5
Por outro lado, para dopar o germânio em tipo p, adicionamos impurezas aceitadoras, que têm menos elétrons de valência. Um exemplo seria o boro, com apenas três elétrons de valência. Isso cria “lacunas” na banda de valência, que atuam como cargas positivas móveis, facilitando a condução elétrica através dessas lacunas.
Passo 6
Em termos de bandas de energia, a dopagem tipo n introduz níveis de energia próximos à banda de condução, facilitando a excitação de elétrons para a condução. Já a dopagem tipo p introduz níveis próximos à banda de valência, facilitando a formação de lacunas.
Resposta
Assim, para obter um cristal de germânio dopado tipo p, adicionamos impurezas que criam lacunas na banda de valência, aumentando as cargas positivas. Já para dopagem tipo n, adicionamos impurezas que introduzem elétrons extras na banda de condução, aumentando as cargas negativas. Esse processo ajusta as propriedades elétricas do germânio para diferentes aplicações em dispositivos semicondutores.