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QUESTÃO & Valor: 1,0 \
\hline \multicolumn{2}{|l|}{Explique as diferenças entre as partículas com carga negativa que podem existir em semicondutores dopados.} \
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\hline \multicolumn{2}{|l|}{Explique as diferenças entre as partículas com carga negativa que podem existir em semicondutores dopados.} \
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Passo 1
O enunciado pede para explicar quais espécies com carga negativa podem estar presentes em semicondutores dopados e em que elas diferem entre si. O conteúdo envolvido é o de dopagem em semicondutores, níveis de impureza (doadores e aceitadores), banda de condução e banda de valência. Para resolver, vamos revisar como a dopagem altera o número e o tipo de portadores em n-type e p-type e comparar parâmetros como energia, mobilidade e grau de liberdade de movimento.
Passo 2
Em semicondutores do tipo n, adicionamos átomos doadores que possuem um elétron a mais do que o semicondutor puro. Quando esse átomo se ioniza, ele libera um elétron para a banda de condução. Esse elétron livre apresenta:
- Energia próxima ao fundo da banda de condução;
- Carga
; - Mobilidade relativamente alta, pois se move quase livremente no retículo, sofrendo apenas dispersões por fônons e impurezas;
- Massa efetiva
, menor que a massa de repouso do elétron no vácuo, refletindo as interações com a rede cristalina.
Passo 3
Ainda em n-type, existe o elétron ligado ao nível do doador (antes de ionizar). Esse elétron:
- Está confinado em torno do átomo doador;
- Possui energia de ligação
tipicamente da ordem de dezenas de meV abaixo da borda da banda de condução; - Tem mobilidade praticamente nula até ser ionizado (porque está preso);
- Requer energia térmica para saltar ao estado livre na banda de condução.
Passo 4
Em semicondutores do tipo p, introduzimos átomos aceitadores, que têm um elétron a menos. Eles capturam um elétron da banda de valência, criando um buraco. Após capturar o elétron, o aceitador fica como um íon aceitador negativo fixo na rede. Suas características são:
- Carga
, mas são imobilizados na posição doador/aceitador (não se deslocam para condução); - Nível de energia
tipicamente algumas dezenas de meV acima do topo da banda de valência; - Não contribuem diretamente para a corrente (são “fixos”);
- O elétron que foi capturado deixa um buraco móvel na banda de valência, mas esse buraco tem carga
.
Passo 5
Resumindo a comparação entre as espécies negativas em semicondutores dopados:
- Elétrons livres na banda de condução: têm alta mobilidade e participam diretamente da condução elétrica.
- Elétrons ligados a níveis de doador: confinados, baixa mobilidade, nível de energia abaixo da banda de condução.
- Íons aceitadores negativos: fixos, não contribuem para corrente, nível de energia acima da banda de valência.
Resposta
As partículas negativas que aparecem em semicondutores dopados são principalmente:
(a) elétrons livres na banda de condução (móveis, carga , massa efetiva
);
(b) elétrons ainda ligados ao nível doador (localizados, energia de ligação , mobilidade nula);
(c) íons aceitadores negativos em p-type (carga mas imobilizados na rede, nível de energia
).
(a) elétrons livres na banda de condução (móveis, carga
(b) elétrons ainda ligados ao nível doador (localizados, energia de ligação
(c) íons aceitadores negativos em p-type (carga