Semicondutores

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Introdução
Os sólidos cristalinos podem ser classificados em três categorias quanto a condutividade: como condutores, isolantes ou semicondutores. O que os difere é a sua capacidade de transportar carga. 
Materiais semicondutores são materiais com condutividade elétrica baixa ou intermediária, são considerados materiais intermediários entre isolantes e condutores: 
	 ⮚ Isolantes: Possuem condutividade elétrica até s/cm
	 ⮚ Condutores: Possuem condutividade elétrica acima de s/cm
Eles apresentam elétrons ocupando totalmente as suas bandas de valências enquanto suas bandas de condução estão vazias. 
	⮚ O espaço entre as bandas de condução se chama gap.
Esta configuração eletrônica faz com que estes materiais se tornem bons condutores quando em temperaturas elevadas e ótimos isolantes quando em temperaturas muito baixas. 
Semicondutores são materiais que possuem um band gap (espaço entre a banda de condução e a banda de valência) menor do que o dos materiais isolantes e maior que o de materiais condutores, como demonstrado na figura 1. É este tamanho intermediário de band gap que permite a passagem de alguns elétrons da banda de valência para a banda de condução. Nos materiais isolantes esta banda é impossibilitada devido ao grande band gap e nos condutores ela é facilitada devido ao pequeno band gap.
Materiais isolantes, não possuem elétrons na
banda de condução enquanto materiais condutores
não possuem espaçamento entre as duas bandas o 
que implica em uma alta condutividade.
1. Semicondutores
Cada tipo de material possui um band gap diferente e, por consequência necessita de uma energia para conduzir os elétrons da banda de valência para a banda de condução. Energia que é fornecida normalmente na forma de calor. 
⮚ Historicamente, o primeiro semicondutor a ser descoberto e utilizado foi o germânio, entretanto, devido sua escassez, foi substituído pelo Silício.
⮚Além do Silício, existem outros elementos semicondutores como por exemplo: Boro (B), Germânio (Ge), Arsênio (As), Antimônio (Sb) e Telúrio (Te). Sendo o Arsênio, Antimônio e Telúrio utilizados apenas para pesquisas e não em nível comercial. 
⮚ Os semicondutores são utilizados para a fabricação de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos (aparelhos eletrônicos que fornecem, detectam e controlam a luz), como transistores, LED’s, painéis solares, diodos e circuitos integrados. 
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1. Semicondutores
1.2. Semicondutores Dopados
As propriedades elétricas de um semicondutor são extremamente sensíveis a adição de impurezas. 
Desta forma, pode se classificar os materiais de duas maneiras:
	⮚ Semicondutores intrínsecos: Possuem propriedades elétricas inerentes ao metal puro
	⮚ Semicondutores extrínsecos: Possuem as propriedades elétricas ditadas pela quantidade de impurezas.
A condução dos semicondutores intrínsecos é resultante do movimento eletrônico nos metais puros e tem sua origem devido a presença de imperfeições eletrônicas ou devido a presença de impurezas residuais intrínsecas do metal. 
Os semicondutores extrínsecos são os mais utilizados comercialmente por terem suas propriedades elétricas mais facilmente controláveis. O processo de dopagem destes materiais consiste na inserção de impurezas na sua estrutura cristalina, alterando assim suas propriedades elétricas sem alterar a estabilidade do material. 
1.2. Semicondutores Dopados
	
Um semicondutor extrínseco pode ser de dois tipos: 
	⮚ Tipo n: Caracteriza-se pela adição intencional de uma impureza dopante do tipo n (doadora) que proporciona elétrons extras para à banda de condução, como o Antimônio e o Fósforo. 
	 ⮚ Tipo p: A condução se dá pela adição intencional de uma impureza dopante do tipo p (aceitadora) que proporciona buracos extras na banda de valência, de forma a aceitar elétrons, como o Boro. 
Pode-se dizer de forma reduzida que ele é do tipo n, quando a impureza adicionada a ele causa o efeito de carga negativa e do tipo p quando a impureza adicionada causa a ele causa o efeito de carga positiva. 
1.2. Junção P-N
A junção p-n consiste em um semicondutor dopado com um lado cheio de impurezas doadoras (tipo n), que é responsável pela transferência de elétrons, e o outro lado cheio de impurezas aceitadoras (tipo p) que irá aceitar os elétrons transferidos. 
No processo em que o semicondutor do tipo n doa um elétron e o semicondutor do tipo p aceita este elétron, ocorre a formação de um íon negativo na borda do cristal. Quando uma lacuna sair do semicondutor p e encontrar um elétron, eles se recombinam em íons positivos na borda do material. Após certo período de tempo, quando houver uma alta concentração de íons na junção, um campo elétrico é formado, impedindo a migração de elétrons e lacunas, formando uma região de depleção, conforme pode ser visto na figura 2.
1.2. Junção P-N
A região de depleção é uma zona próxima
ao plano de junção que tem alta resistividade e
átomos ionizados de impurezas doadoras e acei-
tadoras. Após ocorrer a sua formação, ocorre a
geração de uma diferença de potencial cujo valor
varia de acordo com o material utilizado.
		⮚ As junções p-n são utilizadas como diodos retificadores, como laser diodo e como LED (diodo emissor de luz). 
1.3. Diodo Retificador
 
Um diodo é uma junção p-n que recebeu uma diferença de potencial. Ele é constituído por uma única placa semicondutora dopada de modo a ser do tipo n de um dos lados e do tipo p do outro lado (formando uma junção p-n).
Ele tem este nome pois corta períodos de sinais alternados, de forma a retificá-los, ou seja, ele transforma a corrente alternada em corrente contínua. 
Pode-se dizer que um diodo é de polarização direta, quando uma diferença de potencial é aplicada de forma que o lado p fique positivo e o lado n negativo. Nesta condição a maior parte dos elétrons e lacunas não tem energia suficiente para atravessar a junção e somente uma pequena corrente elétrica atravessa o diodo. Já se os polos forem invertidos pela diferença de potencial (p negativo e n positivo) ocorre uma polarização inversa e há um aumento da região de depleção, não permitindo mais a passagem de corrente elétrica. 
1.3. Diodo Retificador
Existem outros tipos de diodos utilizados atualmente, visto que há possibilidade de criar diversos circuitos elétricos com esse material. Entretanto todos funcionam com base no mesmo princípio: uma junção p-n sendo polarizada. Como exemplo de diodos tem-se o Zener (utilizados para proteger dispositivos de cargas excessivas de alta tensão), LED, o fotodiodo.
1.3. Transistores
Transistores são dispositivos semicondutores de grande importância em circuitos microeletrônicos, pois eles amplificam um sinal elétrico ou podem atuar como dispositivos interruptores nos computadores para o processamento e armazenamento de informação. 
Em geral existem dois tipos principais de transistores:
	⮚ De junção: Composto por duas junções p-n posicionadas na configuração n-p-n ou p-n-p (três terminais) de forma que a junção emissor-base tem polarização direta e a junção base-coletor tem polarização inversa sendo utilizado para amplificar sinais. 
Os principais usos deste dispositivo de junção são em relógios, calculadoras e em todas fases da indústria de eletrônicos.
	
1.3. Transistores
	⮚ TECMOS (Transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico): É o transistor mais utilizado na computação. Ele produz um sinal de saída desejada como resposta ao sinal de entrada. Esse material opera em dois estados: com a corrente diferente de zero (porta aberta – on – 1 binário) ou com a corrente igual a zero (porta fechada – off – 0 binário). O TECMOS é muito utilizado em computadores para amplificar o sinal enviado pela unidade principal (CPU) e alimentar os demais componentes ligados a ele (como alto faltantes).