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.
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:
onde
– é a condutividade,
– é a densidade de elétrons livres,
– é a carga do elétron,
– é a mobilidade desses elétrons.
Quanto mais elétrons livres e mais móveis, maior a .
–
–
–
–
Quanto mais elétrons livres e mais móveis, maior a
Passo 3
Agora a teoria de bandas:
- Banda de valência: onde ficam os elétrons “presos” aos átomos.
- Banda de condução: onde os elétrons podem se mover livremente e gerar corrente.
- Gap de energia (
): a região proibida entre essas bandas.
– Se, as bandas se sobrepõem → elétrons fluem fácil → condutor (ex.: cobre).
– Seé muito grande (tipo eV) → nenhum elétron pula → isolante (ex.: vidro).
Passo 4
Os semicondutores têm um gap “intermediário”, tipicamente
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).
• 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.