Semicondutores

Silício é o semicondutor mais usado

O que são semicondutores ou materiais semicondutores?

O semicondutores ou materiais semicondutores Esses são elementos que desempenham a função de drivers ou isoladores seletivamente, dependendo das condições externas às quais são submetidos, como temperatura, pressão, radiação e campos magnéticos ou elétricos.

Na Tabela Periódica 14, estão presentes elementos semicondutores, entre os quais silício, Germanio, selênio, cádmio, alumínio, gálio, boro, indiano e carbono se destacam. Os semicondutores são sólidos cristalinos com condutividade elétrica média, para que possam ser usados ​​duplamente como motorista e um isolador.

Se eles são usados ​​como condutores, sob condições, certas condições permitem a circulação de corrente elétrica, mas apenas em um sentido. Além disso, eles não têm tão alta condutividade quanto os de metais condutores.

Os semicondutores são usados ​​em aplicações eletrônicas, especialmente para a fabricação de componentes como transistores, diodos e circuitos integrados. Eles também são usados ​​como acessórios ou suplementos de sensores ópticos, como lasers de estado sólido e alguns dispositivos de energia para sistemas de transmissão de energia elétrica.

Atualmente, esse tipo de elementos está sendo usado para desenvolvimentos tecnológicos no campo de telecomunicações, controle de sinais e sistemas de processamento, tanto em aplicações domésticas quanto industriais.

Tipos de semicondutores

Existem diferentes tipos de materiais semicondutores, dependendo das impurezas que eles apresentam e de sua resposta física a diferentes estímulos do ambiente.

Semicondutores intrínsecos

São aqueles elementos cuja estrutura molecular é composta por um único tipo de átomo. Entre esse tipo de semicondutores intrínsecos, está o silício e o Germanio.

A estrutura molecular dos semicondutores intrínsecos é tetraédrica; isto é, possui ligações covalentes entre quatro átomos circundantes, conforme apresentado na imagem abaixo.

Cada átomo de um semicondutor intrínseco possui 4 elétrons de valência; isto é, 4 elétrons orbitando na camada mais externa de cada átomo. Por sua vez, cada um desses elétrons forma links para elétrons adjacentes.

Dessa forma, cada átomo possui 8 elétrons em sua camada mais superficial, que forma uma união sólida entre elétrons e átomos que compõem a rede cristalina.

Devido a esta configuração, os elétrons não se movem facilmente dentro da estrutura. Assim, em condições padrão, os semicondutores intrínsecos se comportam como um isolador.

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No entanto, a condutividade do semicondutor intrínseco aumenta sempre que a temperatura aumenta, uma vez que alguns elétrons de valência absorvem a energia do calor e se separam das ligações.

Esses elétrons se tornam elétrons livres e, se forem adequadamente direcionados por uma diferença de potencial elétrico, poderão contribuir para a circulação de corrente na rede cristalina.

Nesse caso, os elétrons livres saltam para a faixa de direção e são direcionados para o pólo positivo da fonte potencial (uma bateria, por exemplo).

O movimento dos elétrons de Valência induz um vácuo na estrutura molecular, que se traduz em um efeito semelhante ao que produziria uma carga positiva no sistema, para que sejam considerados como portadores de carga positiva.

Então, há um efeito inverso, uma vez que alguns elétrons podem cair da banda de direção para a camada de Valência liberando energia no processo, que é chamado de recombinação.

Semicondutores extrínsecos

Eles são formados incluindo impurezas dentro de condutores intrínsecos; isto é, através da incorporação de elementos trivalentes ou pentavalentes.

Esse processo é conhecido como doping e tem como objetivo aumentar a condutividade dos materiais, para melhorar as propriedades físicas e elétricas destes.

Ao substituir um átomo de semicondutor intrínseco por um átomo de outro componente, dois tipos de semicondutores extrínsecos podem ser obtidos, que são detalhados abaixo.

Tipo de semicondutor p

Nesse caso, a impureza é um elemento semicondutor trivalente; isto é, com três (3) elétrons em sua camada de valência.

Os elementos do intruso dentro da estrutura são chamados de elementos de doping. Exemplos desses elementos para os semicondutores do tipo P são boro (b), gálio (GA) ou indiano (in).

Na falta de um elétron de Valencia para formar as quatro ligações covalentes de um semicondutor intrínseco, o semicondutor do tipo P tem um vácuo no link que falta.

O exposto acima faz a passagem de elétrons que não pertencem à rede cristalina através daquele transportador de carga positivo.

Devido à carga positiva do link da ligação, esse tipo de condutores é chamado com a letra "P" e, consequentemente, é reconhecida como aceitadores de elétrons.

O fluxo de elétrons através dos orifícios de ligação produz uma corrente elétrica que circula na direção oposta à corrente derivada de elétrons livres.

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Tipo n semicondutor

O elemento intruso na configuração é dado por elementos pentavalentes; isto é, aqueles que têm cinco (5) elétrons na banda de Valência.

Nesse caso, as impurezas incorporadas ao semicondutor intrínseco são elementos como fósforo (P), antimônio (SB) ou arsênico (AS).

Os dopantes têm um Electron Valencia adicional que, não com uma ligação covalente para ingressar, é automaticamente livre para se mover pela rede cristalina.

Aqui, a corrente elétrica circula através do material graças ao excedente de elétrons livres fornecidos pelo Dopante. Portanto, os semicondutores do tipo N são considerados doadores de elétrons.

Características dos semicondutores

Os semicondutores são caracterizados por sua dupla funcionalidade, eficiência energética, diversidade de aplicações e baixo custo. As características mais destacadas dos semicondutores estão detalhadas abaixo:

• Sua resposta (driver ou isolante) pode variar dependendo da sensibilidade do elemento à iluminação, campos elétricos e campos magnéticos do ambiente.
• Se o semicondutor estiver submetido a uma temperatura baixa, os elétrons permanecerão unidos na banda de Valência e, portanto, os elétrons livres não surgirão para a circulação de corrente elétrica. Por outro lado, se o semicondutor estiver exposto a altas temperaturas, a vibração térmica pode afetar a solidez das ligações covalentes dos átomos do elemento, que é elétrons livres para condução elétrica.
• A condutividade dos semicondutores varia dependendo da proporção de impurezas ou elementos de doping dentro de um semicondutor intrínseco. Por exemplo, se 10 átomos de boro são incluídos em um milhão de átomos de silício, essa proporção aumenta a condutividade do composto mil vezes, em comparação com a condutividade do silício em um estado puro.
• A condutividade dos semicondutores varia em um intervalo entre 1 e 10^-6 S.cm^-1, Dependendo do tipo de elemento químico usado.
• Semicondutores compostos ou extrínsecos podem apresentar propriedades ópticas e elétricas consideravelmente mais altas do que as propriedades dos semicondutores intrínsecos. Um exemplo desse aspecto é o gálio Arseniuro (GAAs), um usado predominantemente em radiofrequência e outros usos de aplicações optoletrônicas.

Aplicações semicondutores

Eletrodomésticos

Os semicondutores estão presentes em dispositivos eletrônicos que usamos em nossas vidas diárias, como equipamentos de linha marrom, como televisores, players de vídeo, equipamentos de som; computadores e telefones celulares.

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eletrônicos

Os semicondutores são amplamente utilizados como matéria -prima na montagem de elementos eletrônicos que fazem parte de nossas vidas diárias, como circuitos integrados.

Um dos principais elementos de um circuito integrado são transistores. Esses dispositivos cumprem a função de fornecer um sinal de saída (oscilatório, amplificado ou retificado) de acordo com um sinal de entrada específico.

Diodos de circuito eletrônico

Além disso, os semicondutores também são o material primário dos diodos usados ​​em circuitos eletrônicos para permitir a passagem da corrente elétrica em um sentido.

Para o design dos diodos, goma de semicondutores extrínsecos tipo P e tipo N são formados. Ao alternar portadoras e doadores de elétrons, um mecanismo de equilíbrio entre as duas áreas é ativado.

Assim, os elétrons e os orifícios de ambas as áreas são integrados e complementados quando necessário. Isso ocorre de duas maneiras:

• A transferência de elétrons da zona N tipo Z ocorre. A zona n N obtém uma zona de carga predominantemente positiva.
• Uma etapa de transportadores de elétrons da zona P para a zona do tipo N é apresentada. A zona P adquire uma carga predominantemente negativa.

Finalmente, é constituído um campo elétrico que induz a circulação da corrente em um sentido; isto é, da zona n à zona p.

Outros dispositivos

Além disso, ao usar combinações de semicondutores intrínsecos e extrínsecos.

Esse tipo de aplicação se aplica em circuitos integrados, como chips de microprocessamento que cobrem uma quantidade considerável de eletricidade.

Exemplos de semicondutores

Silício

O semicondutor mais usado na indústria eletrônica é o silício (SI). Este material está presente nos dispositivos que compõem os circuitos integrados que fazem parte do nosso dia a dia.

Germanio e ligas de silício

As ligas Germanio e Silicio (Sige) são usadas em circuitos integrados de alta velocidade para radares e amplificadores de instrumentos elétricos, como guitarras elétricas.

GALALIO ARSENIURO

Outro exemplo de semicondutor é o gálio Arseniuro (GAAs), amplamente usado em amplificadores de sinal, especificamente de alto ganho e sinais de baixo ruído.