Lista de Exercícios 05 - Propriedades dos Elétrons em Bandas ; Semicondutores

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Materiais Elétricos e Medidas 
Prof. Dr. Luís Barêa e Prof. Dr. Helder Galeti 
Lista de Exercícios 05 – Propriedades dos elétrons em Bandas de Energia; 
Materiais Semicondutores 
 
1) O átomo de Be (berílio) isolado possui uma estrutura eletrônica da forma: 1s2 
2s2. Embora o átomo de Be possua o nível de energia 2s completamente 
preenchido, o Be sólido é um metal (banda parcialmente preenchida). Por quê? 
(atente para o conteúdo da aula 04 e para o fato de que bandas de energia de orbitais 
distintos (2s, 2p, etc) podem se superpor e formar uma única banda). 
2) Uma banda de energia, com todos os seus estados ocupados, originada de um 
determinado orbital atômico (3s, por exemplo), pode conduzir corrente 
elétrica? Explique em termos da definição de um metal (preenchimento de 
bandas e da sobreposição de bandas). 
3) Uma vez que os elétrons de condução em um sólido não estão ligados a nenhum 
átomo, eles possuem apenas energia cinética. A Energia de Fermi dos elétrons 
de condução no cobre é 7,0 eV. Qual é a velocidade dos elétrons de condução 
que possuem essa energia? 
4) Explique por que alguns materiais que são isolantes a T = 0K deixam de o ser ao 
aumentarmos a temperatura. 
5) Explique, qualitativamente, o que é um portador de cargas denominado buraco 
(lacuna)? 
6) Defina semicondutor intrínseco e extrínseco. 
7) Sabe-se que um semicondutor tipo n possui uma concentração de elétrons de 
5x1017 m-3. Se a velocidade de deriva (arraste) dos elétrons é de 350 m/s em um 
campo de 1000 V/m, calcule a condutividade desse material. 
8) Explique como as impurezas doadoras (e as receptoras) nos semicondutores dão 
origem aos elétrons livres (buracos) em números superiores aos gerados pelas 
excitações da banda de valência para a banda de condução. 
9) Explique por que nenhum buraco (elétron) é gerado pela excitação eletrônica 
que envolve um átomo de impureza doadora (receptora). 
10) Responda: 
a) A condutividade elétrica à temperatura ambiente de uma amostra de 
silício é de 500 (Ω.m)-1. Sabe-se que a concentração de buracos é de 2,0x1022 
m-3. Usando as mobilidades dos elétrons e dos buracos para o silício (tabela 
mostrada na aula 07) calcule a concentração de elétrons. 
b) Com base nesse resultado, a amostra é intrínseca, extrínseca do tipo n 
ou extrínseca do tipo p? Por quê? 
11) Compare a dependência em relação à temperatura da condutividade nos 
metais e nos semicondutores intrínsecos. Explique sucintamente a diferença de 
comportamento. 
12) Discuta a diferença no comportamento da concentração de elétrons em 
função da temperatura para o silício dopado e intrínseco. Identifique os três 
regimes de temperatura e comente as suas diferenças. 
13) Quais os dois tipos mais importantes de espalhamento de portadores em 
semicondutores? 
14) Como a mobilidade dos portadores em um semicondutor varia com a 
dopagem? E com a temperatura? Explique qualitativamente por quê.