Em qual categoria de materiais devemos enquadrar os semicondutores? Por quê?

Passo 1

Beleza, o exercício tá perguntando: “Em qual categoria de materiais devemos enquadrar os semicondutores? Por quê?”
Conteúdo: teoria de bandas em materiais (Física do Estado Sólido) e classificação segundo a condutividade elétrica.
O que vamos precisar:
• Entender o que é condutividade elétrica e de onde ela vem (élétrons livres).
• Conhecer a ideia de bandas de energia (banda de valência, banda de condução e a “banda proibida” ou gap).
• Saber como o tamanho desse gap define condutor, isolante ou semicondutor.

Passo 2

Primeiro, lembra dessa fórmula básica de condutividade elétrica:
sigma = n,q,mu
onde
sigma é a condutividade,
n é a densidade de elétrons livres,
q é a carga do elétron,
mu é a mobilidade desses elétrons.
Quanto mais elétrons livres e mais móveis, maior a sigma.

Passo 3

Agora a teoria de bandas:
  1. Banda de valência: onde ficam os elétrons “presos” aos átomos.
  2. Banda de condução: onde os elétrons podem se mover livremente e gerar corrente.
  3. Gap de energia ( Eg): a região proibida entre essas bandas.
    – Se Eg=0, as bandas se sobrepõem → elétrons fluem fácil → condutor (ex.: cobre).
    – Se Eg é muito grande (tipo >3,eV) → nenhum elétron pula → isolante (ex.: vidro).

Passo 4

Os semicondutores têm um gap “intermediário”, tipicamente
0,1;eV ;<; Eg ;<; 3;eV
Isso significa que, à temperatura ambiente, alguns elétrons ganham energia suficiente para ir da banda de valência para a de condução, mas não tantos a ponto de serem tão bons condutores quanto metais.

Passo 5

Como resultado, os semicondutores:
• Não são tão condutores quanto metais,
• Mas não são tão isolantes quanto cerâmicas ou plásticos,
• E a condutividade deles pode ser ajustada (ex.: dopagem, variação de temperatura).

Resposta

Devemos enquadrar os semicondutores como uma categoria própria de materiais, com condutividade intermediária entre condutores e isolantes, graças ao seu gap de energia de tamanho médio que permite controlar quantos elétrons chegam à banda de condução.

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