Quais são os elementos químicos utilizados no processo de dopagem para criação dos semicondutores? Por que esses materiais são utilizados?
Passo 1
O enunciado pergunta quais elementos químicos são usados no processo de dopagem para criar semicondutores e por que usá-los. O conteúdo aqui é dopagem de semicondutores elementares (silício ou germânio), e vamos precisar entender como a valência desses elementos de dopagem altera a condutividade ao criar portadores de carga extras.
Passo 2
Semicondutores elementares como o silício
e o germânio
pertencem ao grupo IV da Tabela Periódica, possuindo quatro elétrons na camada de valência. Para aumentar sua condutividade, introduzimos átomos de impurezas em concentração tipicamente
–
. Esses átomos substituem parte dos
ou
na rede cristalina (dopagem por substituição).
Passo 3
Dopagem tipo-n: usamos elementos do grupo V (cinco elétrons de valência). Exemplos:
(fósforo),
(arsênio),
(antimônio).
Cada átomo desses traz um elétron extra que fica livre para condução, aumentando a densidade de elétrons na banda de condução.
Cada átomo desses traz um elétron extra que fica livre para condução, aumentando a densidade de elétrons na banda de condução.
Passo 4
Dopagem tipo-p: usamos elementos do grupo III (três elétrons de valência). Exemplos:
(boro),
(alumínio),
(gálio),
(índio).
Cada átomo desses cria uma lacuna (falta de elétron) na rede, aumentando a densidade de lacunas na banda de valência.
Cada átomo desses cria uma lacuna (falta de elétron) na rede, aumentando a densidade de lacunas na banda de valência.
Passo 5
Por que esses materiais?
- A diferença de valência (
ou elétron) gera portadores extras (elétrons ou lacunas). - Seus raios atômicos são muito próximos aos do
ou , causando pouca distorção da rede cristalina. - Os níveis de impureza formados ficam rasos, ou seja, bem próximos às bordas das bandas, de modo que os elétrons ou lacunas sejam facilmente ionizados à temperatura ambiente.
Resposta
Dopantes tipo-n:
,
,
.
Dopantes tipo-p: ,
,
,
.
Esses elementos são escolhidos porque sua valência gera elétrons livres ou lacunas, mantêm a integridade da rede cristalina e formam níveis rasos de impurezas que ionizam facilmente à temperatura ambiente.
Dopantes tipo-p:
Esses elementos são escolhidos porque sua valência gera elétrons livres ou lacunas, mantêm a integridade da rede cristalina e formam níveis rasos de impurezas que ionizam facilmente à temperatura ambiente.