Princípios básicos da eletrônica: o que é um semicondutor? - Dummies

Os semicondutores são amplamente utilizados em circuitos eletrônicos. Como o próprio nome indica, um semicondutor é um material que conduz atualizado, mas apenas parcialmente. A condutividade de um semicondutor está em algum lugar entre o de um isolador, que quase não possui condutividade e um condutor que possui uma condutividade quase completa. A maioria dos semicondutores são cristais feitos de certos materiais, mais comumente de silício.

Para entender como os semicondutores funcionam, você deve primeiro entender um pouco sobre como os elétrons são organizados em um átomo. Os elétrons em um átomo são organizados em camadas. Essas camadas são chamadas conchas. O shell mais externo é chamado de valence shell.

Os elétrons nesta casca são aqueles que formam ligações com átomos vizinhos. Esses títulos são chamados de ligações covalentes . A maioria dos condutores tem apenas um elétron na casca de valência. Os semicondutores, por outro lado, geralmente possuem quatro elétrons em sua casca de valência.

Se todos os átomos vizinhos forem do mesmo tipo, é possível que todos os elétrons de valência se liguem com elétrons de valência de outros átomos. Quando isso acontece, os átomos se organizam em estruturas chamadas cristais . Os semicondutores são feitos de tais cristais, geralmente cristais de silício.

Aqui, cada círculo representa um átomo de silício, e as linhas entre os átomos representam os elétrons compartilhados. Cada um dos quatro elétrons de valência em cada átomo de silício é compartilhado com um átomo de silício vizinho. Assim, cada átomo de silício é ligado com outros quatro átomos de silício.

Os cristais de silício puro não são tão úteis eletronicamente. Mas se você introduz pequenas quantidades de outros elementos em um cristal, o cristal começa a conduzir de forma interessante.

O processo de introdução deliberada de outros elementos em um cristal é chamado doping . O elemento introduzido pelo doping é chamado de dopant . Ao controlar cuidadosamente o processo de doping e os dopantes que são utilizados, os cristais de silício podem se transformar em um dos dois tipos distintos de condutores:

• semicondutor de tipo N: Criado quando o dopante é um elemento que possui cinco elétrons camada de valência. O fósforo é comumente usado para esse propósito.

  Os átomos de fósforo se juntam diretamente na estrutura cristalina do silício, cada um com quatro átomos de silício adjacentes, assim como um átomo de silício. Porque o átomo de fósforo tem cinco elétrons em sua concha de valência, mas apenas quatro deles estão ligados a átomos adjacentes, o quinto elétron de valência é deixado pendurado com nada para se unir.

  Os elétrons de valência extra nos átomos de fósforo começam a se comportar como os elétrons de valência simples em um condutor regular como o cobre. Eles são fáceis de mover. Como esse tipo de semicondutor possui elétrons extras, é chamado de semicondutor de tipo N.

  

• Semicondutor de tipo P: Acontece quando o dopante (como o boro) possui apenas três elétrons no invólucro de valência. Quando uma pequena quantidade é incorporada no cristal, o átomo é capaz de se unir com quatro átomos de silício, mas como ele possui apenas três elétrons para oferecer, um furo é criado. O buraco se comporta como uma carga positiva, então os semicondutores dopados dessa maneira são chamados de semicondutores de tipo P.

  Como uma carga positiva, os buracos atraem elétrons. Mas quando um elétron se move para um buraco, o elétron deixa um novo orifício em sua localização anterior. Assim, em um semicondutor de tipo P, os buracos estão constantemente se movendo ao redor do cristal, pois os elétrons tentam constantemente preenchê-los.

  

Quando a tensão é aplicada a um semicondutor de tipo N ou de tipo P, a corrente flui, pelo mesmo motivo que flui em um condutor regular: o lado negativo da tensão empurra elétrons e o lado positivo os puxa. O resultado é que o movimento aleatório de elétrons e furos que está sempre presente em um semicondutor torna-se organizado em uma direção, criando corrente elétrica mensurável.