Explique o que é um semicondutor tipo ne tipo
, aborde o processo de dopagem.
Passo 1
O enunciado pede para explicar o que é um semicondutor tipo n e um semicondutor tipo p, abordando também o processo de dopagem. O conteúdo aqui é a física de semicondutores, em particular como a introdução de impurezas (dopagem) altera a concentração de portadores de carga.
Passo 2
Antes de dopar, temos um semicondutor intrínseco. Num cristal puro (por ex. silício) cada átomo tetravalente forma quatro ligações covalentes com os vizinhos, e a população de elétrons livres é determinada pela geração térmica de pares elétron–lacuna. A densidade de elétrons e lacunas no equilíbrio é
sendo
a concentração intrínseca de portadores.
Passo 3
Dopagem é o processo de adicionar deliberadamente pequenas quantidades (tipicamente
a
) de átomos impurezas ao cristal. Essas impurezas substituem alguns átomos da rede e introduzem níveis de energia no gap, permitindo controlar a concentração de portadores majoritários.
Passo 4
Para criar um semicondutor tipo n, dopamos com átomos pentavalentes (por ex. fósforo, arsênio) que têm cinco elétrons de valência. Quatro elétrons formam ligações normais, e o quinto fica fracamente ligado, tornando-se um elétron livre com pequena energia de ionização (
). A concentração de doadores é
, e no equilíbrio temos
Ou seja, os elétrons são os portadores majoritários.
Passo 5
Para criar um semicondutor tipo p, dopamos com átomos trivalentes (por ex. boro, alumínio) que têm apenas três elétrons de valência. Faltando um elétron para completar a ligação, forma-se uma lacuna que pode migrar na rede. A concentração de aceitadores é
, e no equilíbrio vale
Assim, as lacunas são os portadores majoritários.
Passo 6
Em termos de bandas, a dopagem tipo n empurra o nível de Fermi
para mais próximo da banda de condução
, enquanto a dopagem tipo p move
para mais próximo da banda de valência
. Isso afeta a condutividade e as características de junções p–n em dispositivos.
Resposta
Um semicondutor tipo n é aquele dopado com átomos doadores pentavalentes, em que os elétrons livres são portadores majoritários. Um semicondutor tipo p é dopado com átomos aceitadores trivalentes, em que as lacunas são portadores majoritários. A dopagem insere níveis de energia no gap, controlando a condutividade do material.