Dopagem de materiais semicondutores_ Caio Graco

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DOPAGEM EM MATERIAIS SEMICONDUTORES - 
SILÍCIO 
 
 
 
 
 
 
 
TRABALHO PARA O CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
 DISCIPLINA CIÊNCIA E TECNOLOGIAS DOS MATERIAIS 
PROF. GILBERTO AUGUSTO DE MORAIS 
 
 
 
 
 
 
 
CAIO GRACO LOPES ALVES 
NATAL/2015 
Alguns materiais possuem 
aos condutores e isolantes, estes materiais são conhecidos como os 
semicondutores. Estes 
sistemas eletrônicos. 
Figura 
Os semicondutores são 
apenas quatro elétrons na ultima camada de valência e com isso não são 
considerados estáveis, esses matérias se agrupam de forma que seus átomos 
localizados na sua ultima camada ficam posicionados de form
dos seus outros quatro átomos formando assim uma estrutura cristalina.
Para conseguir a estabilidade química necessária, os materiais semicondutores 
fazem quatro ligações covalentes e com isso passam a constituir 8 elétrons em 
sua ultima camada. 
 Os materiais mais simples como o 
constituídos de átomos de um 
sua ultima camada de valência
materiais possuem características de condução elétrica intermedi
os condutores e isolantes, estes materiais são conhecidos como os 
stes tipos de materiais são largamente utilizados em 
 
Figura 1_material semicondutor aplicado a eletrônica. 
dutores são materiais que estão dentro da condição de possuírem 
apenas quatro elétrons na ultima camada de valência e com isso não são 
considerados estáveis, esses matérias se agrupam de forma que seus átomos 
localizados na sua ultima camada ficam posicionados de form
dos seus outros quatro átomos formando assim uma estrutura cristalina.
Para conseguir a estabilidade química necessária, os materiais semicondutores 
fazem quatro ligações covalentes e com isso passam a constituir 8 elétrons em 
 
Figura 2_exemplo de ligação covalente. 
materiais mais simples como o germânio e o silício, por exemplo
átomos de um único elemento químico com quatro 
e valência e dessa forma são conhecidos como átomos 
de condução elétrica intermediária 
os condutores e isolantes, estes materiais são conhecidos como os 
tipos de materiais são largamente utilizados em 
materiais que estão dentro da condição de possuírem 
apenas quatro elétrons na ultima camada de valência e com isso não são 
considerados estáveis, esses matérias se agrupam de forma que seus átomos 
localizados na sua ultima camada ficam posicionados de forma eqüidistante 
dos seus outros quatro átomos formando assim uma estrutura cristalina. 
Para conseguir a estabilidade química necessária, os materiais semicondutores 
fazem quatro ligações covalentes e com isso passam a constituir 8 elétrons em 
 
por exemplo, são 
com quatro elétrons em 
são conhecidos como átomos 
tetravalentes. Os átomos
se agrupar em forma de
entrando em compartilhamento com 
Figura 3_representação tridimensional de 
Figura 4_representação plana de uma rede de átomos tetravalentes.
Em determinadas ocasiões faz
estranhos dentro da estrutura cristalina de alguns átomos, esse processo é 
conhecido como dopagem
possui a finalidade de alterar as 
dependendo do tipo de impureza que será adicionado ao material semicondutor 
teremos como produto final materiais semicondutores de 
Tomaremos como instrumento de aprendizado
elemento químico simbolicamente representado por 
14 ( 14protons e 14 elétrons
unidade de massa atômica
natureza, a temperatura 
átomos com quatro elétrons em sua ultima camada
e estrutura cristalina com os demais átomos
entrando em compartilhamento com seus elétrons na camada de 
 
_representação tridimensional de uma rede cristalina de átomos tetravalentes.
 
_representação plana de uma rede de átomos tetravalentes. 
determinadas ocasiões faz-se necessário a inserção d
estranhos dentro da estrutura cristalina de alguns átomos, esse processo é 
dopagem. Em materiais semicondutores esse processo 
possui a finalidade de alterar as características elétricas 
dependendo do tipo de impureza que será adicionado ao material semicondutor 
teremos como produto final materiais semicondutores de Tipo N ou Tipo P
como instrumento de aprendizado o material Silício, que é um 
simbolicamente representado por Si, possui numero 
14protons e 14 elétrons ), com valor de massa atômica 
atômica ). O Silício é um dos materiais mais abundante
natureza, a temperatura ambiente o Silício é encontrado no estado sólido.
em sua ultima camada tendem a 
átomos vizinhos 
seus elétrons na camada de Valencia. 
tomos tetravalentes. 
 
se necessário a inserção de materiais 
estranhos dentro da estrutura cristalina de alguns átomos, esse processo é 
materiais semicondutores esse processo 
s dos mesmos, 
dependendo do tipo de impureza que será adicionado ao material semicondutor 
Tipo N ou Tipo P. 
ilício, que é um 
, possui numero atômico 
 igual a 28 u ( 
Silício é um dos materiais mais abundantes na 
ambiente o Silício é encontrado no estado sólido. 
Este componente é largamente utilizado para a utilização de ligas metálicas, na 
preparação de silicones, na industria cerâmica mas possui grande destaque na 
industria eletrônica e microeletrônica, sendo ut
transistores para chips, células
Algumas das principais utilizações do Silício são :
• Como carga em materiais de revestimento e 
como cerâmicas; 
• Como elemento de liga em fundições;
• Fabricação de vidro e cr
• O silício é um dos componentes do 
• Na fabricação de pr
Supomos que um elétron escape de uma rede cristalina, seria normal em 
pequena escala devido a ação do calor e temperatura ambien
aumentar o numero dessas 
cristal significa introduzir um elemento 
elemento estranho é conhecido como elemento dopante.
 
 
Figura 5_propriedades diversas do SILÍCIO. 
componente é largamente utilizado para a utilização de ligas metálicas, na 
preparação de silicones, na industria cerâmica mas possui grande destaque na 
industria eletrônica e microeletrônica, sendo utilizado na fabricação de 
células solares, etc. 
principais utilizações do Silício são : 
a em materiais de revestimento e compósitos
 
elemento de liga em fundições; 
de vidro e cristais para janelas e isolantes; 
é um dos componentes do polímero silicone; 
fabricação de produtos para restaurações odontológicas
que um elétron escape de uma rede cristalina, seria normal em 
a ação do calor e temperatura ambiente. 
aumentar o numero dessas ocorrências é a chamada dopagem, dop
cristal significa introduzir um elemento estranho em sua rede cristalina e esse 
elemento estranho é conhecido como elemento dopante. 
 
componente é largamente utilizado para a utilização de ligas metálicas, na 
preparação de silicones, na industria cerâmica mas possui grande destaque na 
ilizado na fabricação de 
tos de cimento, 
odontológicas. 
que um elétron escape de uma rede cristalina, seria normal em 
te. A técnica para 
mada dopagem, dopar um 
estranho em sua rede cristalina e esse 
Ao se acrescentar na estrutura
elétrons na ultima camada ), esse novo 
ligando-se a quatro átomos de silício e sobrará um 
determinado numero de átomos teremos um cristal dopad
que lacunas, ou seja, esse cristal terá energia predominantemente negativa. 
Um cristal desse tipo recebe o nome de 
Com a inserção de vários átomos de impurezas, os elétrons livres passam a 
transitar livremente pelo material, tornando um material isolante ( rede cristalina 
) em material com certo nível de condutividade.
Se o elemento dopante for do tipo trivalente ( 3 átomos na ultima camada ), ele 
conseguirá estabelecer apenas 3 ligações com
silício ficara, portanto, com uma lacuna a mais, com um numero adequado de 
átomos trivalentes teremos um cristal com mais lacunas que elétrons e dessa 
forma esse cristal terá energia predominantemente positiva. 
esse tipo de característica
A existênciade lacunas permite que haja um mecanismo de condução distinto 
do Tipo N. Quando a dopagem produz lacunas no semicondu
proveniente de uma ligação covalente só poderá transitar para um ponto do 
cristal onde haja uma lacuna 
A temperatura influencia de forma direta nesse tipo de material pois
sua temperatura aumenta, sua condutividade 
liberação de elétrons 
elétron/lacuna. 
Os elementos pentavalentes ( 5 átomos na ultima orbita ) mais utilizados na 
construção de cristais N são o arsênio, o antimônio e o fósforo. 
trivalentes ( 3 átomos na ultima orbita ), mais utilizad
cristais P são o alumínio, o bor
se acrescentar na estrutura um átomo de elemento penta
trons na ultima camada ), esse novo átomo se encaixará na estrutura 
tro átomos de silício e sobrará um elétron 
determinado numero de átomos teremos um cristal dopado com mais elétrons 
que lacunas, ou seja, esse cristal terá energia predominantemente negativa. 
se tipo recebe o nome de Dopagem Tipo N. 
ão de vários átomos de impurezas, os elétrons livres passam a 
e pelo material, tornando um material isolante ( rede cristalina 
) em material com certo nível de condutividade. 
o elemento dopante for do tipo trivalente ( 3 átomos na ultima camada ), ele 
conseguirá estabelecer apenas 3 ligações com outros átomos. 
ara, portanto, com uma lacuna a mais, com um numero adequado de 
átomos trivalentes teremos um cristal com mais lacunas que elétrons e dessa 
forma esse cristal terá energia predominantemente positiva. U
ca foi agraciado com a Dopagem Tipo P.
de lacunas permite que haja um mecanismo de condução distinto 
dopagem produz lacunas no semicondutor, um elétron 
proveniente de uma ligação covalente só poderá transitar para um ponto do 
cristal onde haja uma lacuna disponível. 
temperatura influencia de forma direta nesse tipo de material pois
a temperatura aumenta, sua condutividade também aumenta, devida a 
 nas camadas de Valencia, que formam um par 
 
Figura 6_Dopagem Tipos P & N. 
elementos pentavalentes ( 5 átomos na ultima orbita ) mais utilizados na 
ção de cristais N são o arsênio, o antimônio e o fósforo. 
tes ( 3 átomos na ultima orbita ), mais utilizados na construção de 
o o alumínio, o boro e o gálio. Normalmente, a dopagem consiste 
mento penta-valente (5 
se encaixará na estrutura 
 livre, com um 
o com mais elétrons 
que lacunas, ou seja, esse cristal terá energia predominantemente negativa. 
ão de vários átomos de impurezas, os elétrons livres passam a 
e pelo material, tornando um material isolante ( rede cristalina 
o elemento dopante for do tipo trivalente ( 3 átomos na ultima camada ), ele 
outros átomos. Um átomo de 
ara, portanto, com uma lacuna a mais, com um numero adequado de 
átomos trivalentes teremos um cristal com mais lacunas que elétrons e dessa 
Um cristal com 
agem Tipo P. 
de lacunas permite que haja um mecanismo de condução distinto 
tor, um elétron 
proveniente de uma ligação covalente só poderá transitar para um ponto do 
temperatura influencia de forma direta nesse tipo de material pois quando 
aumenta, devida a 
, que formam um par 
elementos pentavalentes ( 5 átomos na ultima orbita ) mais utilizados na 
ção de cristais N são o arsênio, o antimônio e o fósforo. Os elementos 
os na construção de 
a dopagem consiste 
na introdução de 1 átomo do elemento dopante para cada 100.000 átomos de 
silício. 
Analisando as propriedades de materiais semicondutores, nota-se que o 
número elétrons ou lacunas em um semicondutor, cresce com o aumento do 
numero de átomos de impurezas introduzidas no cristal. Com o aumento do 
numero de portadores de carga, aumenta-se a condutividade elétrica do 
material. Dessa forma, torna-se possível alterar de forma controlada a 
condutividade elétrica de um semicondutor, efetuando-se a dosagem adequada 
da quantidade de dopagem do cristal durante a etapa de fabricação. 
Essa característica de controle externo de condutividade possibilita o uso de 
cristais semicondutores como matéria prima na fabricação de componentes 
eletrônicos, como diodos, transistores e circuitos integrados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
WIKIPÉDIA. SILÍCIO. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Silício>. 
Acesso em: 17 abr. 2015. 
 WENDLING, Prof. Marcelo. SEMICONDUTORES. Disponível em: 
<http://www2.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/1---
semicondutores.pdf>. Acesso em: 17 abr. 2015. 
 ROSA, Agostinho. O que é um transistor?: Semicondutores P & N. 
Disponível em: <http://www.agostinhorosa.com.br/artigos/semicondutores-p-
n.html>. Acesso em: 17 abr. 2015. 
PEREIRA, Lilian Souza. Dopagem Eletrônica. Disponível em: 
<http://www.infoescola.com/quimica/dopagem-eletronica/>. Acesso em: 17 abr. 
2015.