(a) O que são semicondutores intrínsecos?
(b) Explique o que são semicondutores tipo-p e tipo
?
(b) Explique o que são semicondutores tipo-p e tipo
Passo 1
O enunciado pede para definirmos (a) o que são semicondutores intrínsecos e (b) o que são semicondutores tipo-
e tipo-
. Este conteúdo está em física do estado sólido, mais precisamente em teoria de bandas e dopagem de semicondutores. Vamos usar conceitos de banda de valência, banda de condução, geração de portadores e doping com impurezas doadoras ou aceitadoras.
Passo 2
Por definição, um semicondutor intrínseco é um cristal perfeitamente puro (ex.: silício ou germânio) sem adição de impurezas. Em equilíbrio térmico há geração térmica de pares elétron–lacuna, de modo que a concentração de elétrons na banda de condução
é igual à concentração de lacunas na banda de valência
. Ou seja,
e sua condutividade elétrica depende unicamente dessa geração intrínseca de portadores atravessando a largura de banda
.
Passo 3
Para obtermos semicondutores extrínsecos, introduzimos no cristal átomos impurezas que atendem ao critério de dopagem. Chamamos de dopagem o processo de inserir átomos traço que criam níveis de energia próximos à banda de condução (doadores) ou próximos à banda de valência (aceitadores), alterando a concentração de portadores livres.
Passo 4
No semicondutor tipo-
usamos impurezas doadoras (ex.: fósforo, arsênio) que possuem cinco elétrons de valência. Cada átomo doador fornece um elétron extra facilmente excitável para a banda de condução. Com isso temos
isto é, elétrons são os portadores majoritários e lacunas são minoritárias.
Passo 5
No semicondutor tipo-
usamos impurezas aceitadoras (ex.: boro, alumínio) que possuem três elétrons de valência. Cada átomo aceitador cria uma lacuna extra na rede, facilitando a condução por buracos. Nesse caso
ou seja, lacunas são os portadores majoritários e elétrons são minoritários.
Resposta
(a) Um semicondutor intrínseco é um material puro (sem dopagem) cujo número de elétrons livres na banda de condução
é igual ao número de lacunas na banda de valência
, de modo que a condutividade surge apenas da geração térmica de pares elétron–lacuna.
(b) Semicondutor tipo-
é um cristal dopado com impurezas doadoras (nível próximo à banda de condução), fazendo com que elétrons sejam portadores majoritários (
). Semicondutor tipo-
é um cristal dopado com impurezas aceitadoras (nível próximo à banda de valência), fazendo com que lacunas sejam portadores majoritários (
).