Explique o que é e forneça exemplos de aplicação de:
material semicondutor
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:
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?
- 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)
- A “lacuna” entre essas bandas é chamada de gap, ou
. - Condutor:
(bandas se sobrepõem) - Isolante:
(muito difícil excitar elétrons) - Semicondutor:
(ex.: silício tem a 300 K)
- Condutor:
- 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:
Para controlar condutividade, introduzimos impurezas:
- Tipo N (dopante doador): adiciona elétrons livres → aumenta
- Tipo P (dopante aceitador): cria lacunas → aumenta
A condutividade elétricafica
onde
é a carga do elétron e
são as mobilidades dos portadores.
Passo 4
Exemplos de aplicação
- Diodo retificador: junção P–N que deixa passar corrente só num sentido.
- Transistor (BJT ou MOSFET): “chave” eletrônica para amplificar sinais ou ligar/desligar circuitos.
- LED (diodo emissor de luz): quando elétrons e lacunas se recombinam, emitem fótons.
- Célula solar (fotocélula): luz gera pares elétron-lacuna e produz corrente.
- 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.