Questão 4 | Ainda não respondida Vale 2,00 ponto(s).
Um semicondutor é definido como um material com condutividade:
Escolha uma opção:
◯ intermediária
◯ baixa e que aumenta com a temperatura
◯ baixa
◯ intermediária e que aumenta com a temperatura
◯ intermediária e que diminui com a temperatura
◯ alta
Escolha uma opção:
◯ intermediária
◯ baixa e que aumenta com a temperatura
◯ baixa
◯ intermediária e que aumenta com a temperatura
◯ intermediária e que diminui com a temperatura
◯ alta
Passo 1
O enunciado pede que se escolha, entre as alternativas fornecidas, aquela que descreve corretamente a condutividade elétrica de um semicondutor. As alternativas são:
- intermediária
- baixa e que aumenta com a temperatura
- baixa
- intermediária e que aumenta com a temperatura
- intermediária e que diminui com a temperatura
- alta
O objetivo é identificar qual destas opções é a correta sobre a condutividade de um semicondutor.
Passo 2
Vamos entender o que significa “condutividade” de forma clara e simples.
A condutividade elétrica é uma medida de quão bem um material conduz corrente elétrica. Denotamos a condutividade por
. A condutividade depende de quantas cargas livres existem no material (concentração de portadores) e de quão facilmente esses portadores se movem (mobilidade).
Uma expressão muito usada para a condutividade de um material com elétrons e lacunas é
onde:
-
é a carga elementar (positiva, ); -
é a concentração de elétrons livres (por unidade de volume); -
é a concentração de lacunas (buracos) livres; -
é a mobilidade dos elétrons; -
é a mobilidade das lacunas.
Explicando cada termo em palavras: mais portadores (
e
) e/ou maior mobilidade (
) aumentam a condutividade.
Passo 3
Agora comparar qualitativamente semicondutores, condutores e isolantes:
- Metais (condutores): têm muitos elétrons livres mesmo a baixas temperaturas → condutividade alta.
- Isolantes: têm quase nenhum portador livre → condutividade muito baixa.
- Semicondutores: têm número de portadores intermediário entre metais e isolantes → condutividade intermediária.
Portanto, pela simples comparação de concentrações típicas de portadores, espera-se que a condutividade de um semicondutor seja “intermediária” (nem alta como metal, nem tão baixa como isolante).
Passo 4
Agora a dependência com a temperatura — por que a condutividade de um semicondutor geralmente aumenta com a temperatura?
Em semicondutores intrínsecos (ou seja, sem dopagem dominante), a concentração de portadores intrínsecos
cresce fortemente com a temperatura porque mais elétrons têm energia suficiente para saltar da banda de valência para a banda de condução. Aproximadamente:
onde:
-
é a largura da banda proibida (energia de gap); -
é a constante de Boltzmann; -
é a temperatura absoluta (em kelvin).
Essa dependência é exponencial: um aumento de temperatura causa um aumento grande em
. Pela fórmula da condutividade
, se
e
aumentam muito,
geralmente aumenta.
É verdade que a mobilidade
costuma diminuir com a temperatura (devido a espalhamento por fônons), tipicamente seguindo uma lei de potência como
com
a
. Mas isso é uma variação polinomial (potência) enquanto a concentração intrínseca varia exponencialmente. Na maioria dos semicondutores intrínsecos a contribuição exponencial no número de portadores domina, de modo que o efeito líquido é que a condutividade aumenta com a temperatura.
Passo 5
Resumo didático e intuitivo (como lembrar na prova):
- Pense em semicondutor como “nem tanto, nem tão pouco” de portadores → condutividade intermediária.
- Pense em aquecer o semicondutor: aparece muito mais portadores (efeito exponencial) → condutividade sobe, apesar da mobilidade cair um pouco.
- Logo a descrição correta é: condutividade intermediária e que aumenta com a temperatura.
Passo 6
Motivação final curta para fixar: se alguém perguntar rápido na prova — “semicondutor: condutividade é alta ou baixa?” — responda “intermediária”; se perguntar “o que acontece quando aquece?” — responda “aumenta” (porque surgem muito mais portadores).
Resposta
intermediária e que aumenta com a temperatura