Explique o que é e forneça exemplos de aplicação de:
material semicondutor

Passo 1

O enunciado pede para a gente explicar o que é um material semicondutor e dar exemplos de aplicação.
Conteúdo da matéria: teoria de bandas em sólidos e conceitos de dopagem.
O que vamos precisar para resolver:
  • Entender como se formam as bandas de energia (valência e condução)
  • Saber a diferença entre material condutor, isolante e semicondutor
  • Conhecer dopagem intrínseca e extrínseca
  • Listar aplicações práticas (diodos, transistores, LEDs, células solares etc.)

Passo 2

O que é um semicondutor?
  1. Em teoria de bandas, cada átomo traz níveis de energia. Quando muitos átomos se unem num cristal, esses níveis viram “bandas”:
    • Banda de valência (com elétrons ligados)
    • Banda de condução (onde elétrons livres podem se mover)
  2. A “lacuna” entre essas bandas é chamada de gap, ou n = p = ni = B,T^3/2,exp!l(-Eg2kTr) .
    • Condutor: (bandas se sobrepõem)
    • Isolante: (muito difícil excitar elétrons)
    • Semicondutor: (ex.: silício tem a 300 K)
  3. Num semicondutor intrínseco (puro), a concentração de elétrons e de lacunas são iguais e dependem de e da temperatura : onde é a constante de Boltzmann e é uma constante do material.

Passo 3

Dopagem (semicondutor extrínseco)
Para controlar condutividade, introduzimos impurezas:
  • Tipo N (dopante doador): adiciona elétrons livres → aumenta sigma = q,(n,mun + p,mup)
  • Tipo P (dopante aceitador): cria lacunas → aumenta
    A condutividade elétrica fica
onde é a carga do elétron e são as mobilidades dos portadores.

Passo 4

Exemplos de aplicação
  1. Diodo retificador: junção P–N que deixa passar corrente só num sentido.
  2. Transistor (BJT ou MOSFET): “chave” eletrônica para amplificar sinais ou ligar/desligar circuitos.
  3. LED (diodo emissor de luz): quando elétrons e lacunas se recombinam, emitem fótons.
  4. Célula solar (fotocélula): luz gera pares elétron-lacuna e produz corrente.
  5. Sensores de temperatura e de luz: a condutividade muda conforme o estímulo físico.

Resposta

Material semicondutor é um sólido cuja banda proibida é intermediária entre condutores e isolantes, permitindo controlar sua condutividade via temperatura e dopagem. Aplicações famosas englobam diodos retificadores, transistores, LEDs, células solares e diversos sensores eletrônicos.

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