Sobre os defeitos eletrônicos:
Explique detalhadamente como a presença de defeitos eletrônicos influencia a condutividade de materiais semicondutores.

Passo 1

O enunciado pede para explicar como a presença de defeitos eletrônicos modifica a condutividade em semicondutores. O conteúdo está em Física do Estado Sólido e Eletrônica de Semicondutores. Para resolver, precisamos 1) recordar a definição de condutividade elétrica em semicondutores, 2) entender os tipos de defeitos eletrônicos e os níveis de energia que eles introduzem, 3) analisar como esses níveis afetam a concentração de portadores livres e sua mobilidade.

Passo 2

A condutividade elétrica de um semicondutor é dada pela soma das contribuições dos elétrons e lacunas:
\sigma = q\bigl(n\,\mu_{n} + p\,\mu_{p}\bigr),
onde \sigma é a condutividade, q é a carga elementar, n e p são as concentrações de elétrons e lacunas, respectivamente, e \mu_{n}, \mu_{p} são as mobilidades correspondentes.

Passo 3

Defeitos eletrônicos em semicondutores incluem vacâncias, intersticiais, átomos substitucionais (impurezas), e defeitos estendidos (dislocações). Cada um pode introduzir níveis de energia dentro da band gap. Níveis próximos à banda de condução ou de valência são chamados de rasos (shallow) e atuam como doadores ou aceitadores, enquanto níveis profundos (deep) funcionam como armadilhas e centros de recombinação.

Passo 4

Níveis rasos alteram a concentração de portadores ao doar ou aceitar elétrons: um defeito doador do tipo n aumenta n, enquanto um aceitador aumenta p. Níveis profundos capturam portadores livres, reduzindo n e p em regime estacionário. Esse processo de captura e emissão impõe uma taxa de recombinação não radiativa que age segundo o modelo de Shockley–Read–Hall, diminuindo a densidade de portadores livres efetivos.

Passo 5

Além de modificar a concentração de portadores, defeitos atuam como centros de espalhamento, degradando a mobilidade. Pela regra de Matthiessen, a mobilidade total satisfaz
\frac{1}{\mu} = \frac{1}{\mu_{\text{lattice}}} + \frac{1}{\mu_{\text{impurezas}}} + \frac{1}{\mu_{\text{defeitos}}},
onde \mu_{\text{defeitos}} representa o espalhamento por defeitos. Quanto maior a densidade de defeitos, menor \mu.

Passo 6

Combinando os efeitos de redução na concentração de portadores (por armadilhas e recombinação) e de queda na mobilidade (por espalhamento), a condutividade \sigma reduz-se fortemente em materiais com muitos defeitos profundos. Só em situações de dopagem controlada (níveis rasos) a condutividade pode aumentar de forma desejada.

Resposta

A presença de defeitos eletrônicos introduz níveis de energia que podem doar ou capturar portadores, alterando as concentrações n e p, e simultaneamente cria centros de espalhamento que diminuem as mobilidades \mu_{n} e \mu_{p}. Pelo efeito combinado desses mecanismos, a condutividade \sigma = q(n\mu_{n}+p\mu_{p}) em geral diminui na presença de defeitos profundos, enquanto níveis rasos bem controlados podem aumentar a condutividade ao fornecer portadores livres.

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