Semicondutividade

Semicondutividade

Não pode ser considerado nem um isolante Nem um condutor, possuem um numero de portadores de carga é muito inferior a um condutor tendo assim uma resistividade muito maior, suas propriedades são extremamente sensíveis a impurezas.

Para caracterizarmos os semicondutores utilizamos a temperatura do zero absoluto; temos uma região proibida (gap) separando com uma largura infinita a faixa de valência (completa) da faixa de condução (vazia).

Semicondução intrínseca

São semicondutores cuja condutividade depende da transferência de elétrons da

banda de valência para a banda de condução por excitação térmica.

Conceito de buraco

Se excitarmos um elétron para a camada de condução teremos a falta de um elétron na camada de valência este processo é acelerado tratando o elétron como partícula positivamente carregado chamada buraco; consideramos a carga do buraco como (+ 1,6 x 10-19C), e na presença de um campo elétrico os elétrons e os buracos se movimentaram em sentidos opostos

Condutividade intrínseca

Pode se explicar a condução intrínseca utilizando a equação para condução elétrica, modificaremos por que desta vez precisamos levar em conta a contribuição da corrente de buraco.

σn | e | µe + p | e | µh

Temos p: é o numero de buracos por metro cúbico; e nos semicondutores temos µe sempre maior que µh.

E como cada elétron que promovemos através da banda (gap) automaticamente deixara um buraco na banda de valência assim teremos p=n.

Semicondução extrínseca

Nos semicondutores temos impurezas propositalmente na matriz cristalina, elas fazem aparecer portadores acima da banda de valência e abaixo da banda de condução.

Semicondutores do tipo n;

Usaremos o germânio como exemplo, o germânio possui quatro elétrons de valência e que cristaliza na estrutura do diamante assim em todo sólido macroscópico puro todo átomo ficara ligado a quatro ligações covalentes. E no caso dos semicondutores deste tipo o nível de Fermi é deslocado pra cima da lacuna (gap).

Imaginaremos agora que um átomo de germânio seja substituído por arsênio, seu

vizinho pentavalente na tabela periódica da mesma forma um átomo de arsênio, cuja

configuração eletrônica é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3, tem cinco elétrons de valência.

Quatro dos cinco elétrons de valência do arsênio estarão fazendo parte das ligações com

quatro átomos de germânio mais próximos. O quinto elétron deverá girar no campo

coulombiano deformado do íon As+, aproximadamente como átomo hidrogenóide,

porém com “raio de Bohr” 16 vezes maior que no átomo de hidrogênio, mas num meio

isolante cuja constante dielétrica é 16. Pela mesma razão, a energia do estado

fundamental desse elétron é (16)2 vezes menos que a de um elétron preso a um próton no

vácuo e, exceto a baixíssima temperaturas, a agitação térmica fornece a energia

necessária para lançar esse elétron no quase-contínuo de estados da faixa de condução

do Ge. Essa impureza pentavalente funciona no Ge como um doador de elétrons. Pela

adição controlada de doadores, durante o crescimento do cristal de Ge, é possível

fabricar Ge extrínseco tipo n, onde os portadores de corrente são elétrons na faixa de

condução como está esquematizado na figura 2.6 [18].

Citação///

(não consegui resumi nem escreve com outras palavras)

Veremos o estado de energia de um elétron do ponto de vista de banda eletrônica, pra cada elétrons frouxamente ligados teremos um nível de energia dentro da banda (Gap) justamente embaixo da banda de condução, tendo a energia necessária para excitar o elétron de um destes estados de impureza para um estado dentro da banda de condução mais doa apenas um elétron denominamos impurezas desse tipo de doadores e quando são excitados de um nível de impureza não deixarão nenhum buraco na banda de valência.

O numero de elétrons na banda de condução é muito maior que o numero de buracos na banda de valência

n>>p .

Semicondutores do tipo p;

Adicionaremos impurezas trivalentes, em cada uma dessas ligações covalentes ao redor desses átomos possui um buraco que esta fracamente ligado a um dos átomos de impurezas o elétron e o buraco trocam de posição, e o buraco estando em movimento pode ser considerado num estado excitado e participando do processo de condução.

Temos um buraco criado por excitação térmica na banda de valência pra dentro do estado de impureza neta transição teremos apenas um portador (Carrier) produzido, ele aceitara um elétron através da banda de valência deixando um buraco.

O nível de energia produzido por esse tipo de impureza dentro da lacuna gap e chamado de um estado aceitador.

p>>n .

E o nível de Fermi se localiza dentro da lacuna de banda.

A variação da condutibilidade elétrica e da concentração de portadores com a temperatura.

Essa variação ocorre quando tanto o numero de elétron como o numero de buracos cresce com a temperatura por que disponibilizamos mais energia térmica para excitarmos elétrons a partir da banda de valência para banda de condução aumentando assim os valores de n e p. Com o aumento de temperatura as magnitudes da mobilidade do buraco e do elétron decrescem tendo assim um espalhamento pelas vibrações térmicas mais eficiente. O efeito resultante no aumento de temperatura resulta no aumento de condutibilidade.

A dependência da condutividade intrínseca em relação a temperatura

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