Defina em termos físicos, o que vem a ser um “semicondutor”;

Passo 1

O enunciado pede para definirmos, em termos físicos, o que é um semicondutor. O conteúdo envolvido é a teoria de bandas de energia em sólidos, que descreve como átomos formam bandas de valência e de condução. Para resolver, precisamos entender como se forma o “gap” de energia entre essas bandas e como isso afeta a condução elétrica.

Passo 2

Em um sólido cristalino, os níveis discretos de energia dos átomos se combinam em bandas contínuas. Duas bandas são fundamentais: a banda de valência (ocupada por elétrons ligados) e a banda de condução (onde elétrons podem se mover livremente). Entre elas existe um intervalo proibido de energia, chamado de gap de energia, que vamos denotar por \displaystyle E_{g}. Em metais esse gap é zero ou as bandas se sobrepõem, e em isolantes \displaystyle E_{g} é muito grande (tipicamente >4\text{ eV}).

Passo 3

O semicondutor se caracteriza por ter um gap de energia intermediário, tipicamente \displaystyle 0{,}1\text{ eV}\lesssim E_{g}\lesssim 4\text{ eV}. Nesse caso, à temperatura ambiente parte dos elétrons da banda de valência adquire energia térmica suficiente para pular para a banda de condução, gerando portadores livres (elétrons e lacunas) e permitindo corrente elétrica moderada. Além disso, sua condutividade pode ser controlada pela dopagem (inserção de impurezas do tipo n ou p), o que torna esses materiais essenciais em dispositivos eletrônicos.

Resposta

Um semicondutor é um material sólido cuja estrutura eletrônica apresenta um gap de energia \displaystyle E_{g} de magnitude intermediária entre a de metais e a de isolantes, de modo que uma fração controlada de elétrons pode ultrapassar esse gap (por variação de temperatura ou dopagem) e gerar portadores livres de carga. Essa característica permite ajustar sua condutividade elétrica de forma precisa, sendo a base de toda a eletrônica moderna.

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