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Eletrônica
Prof° Anderson Sena
UNIDADE 1
SEMICONDUTORES
Eletrônica
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Estrutura da Matéria
 Molécula: É a menor porção em que um material pode ser dividido sem que, com isso, venha sofrer alterações em suas propriedades.
H20 – Estrutura da molécula de água
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Estrutura da Matéria
 Átomo: É o menor elemento químico que compõe a molécula. É composto pelas partículas denominadas elétrons, prótons e nêutrons.
Estrutura do átomo
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Estrutura da Matéria
 Camadas: São os níveis de energia onde se localizam os elétrons. Cada camada suporta um número máximo de elétrons.
Camada atômica
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Estrutura da Matéria
 Camada de Valência: É a última camada do átomo. É responsável pela junção dos átomos para a formação das moléculas.
 Na natureza, os únicos elementos que apresentam a última camada completa (8 elétrons) são os gases nobres.
 As camadas inferiores, uma vez completas, não cedem nem recebem elétrons.
 Logo, os elétrons de valência são os únicos em condição de participar de fenômenos químicos ou elétricos.
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Estrutura da Matéria
 Valência: Um átomo é estável quando apresenta a última camada completa, ou seja, a primeira camada possui dois e as restantes, no mínimo, oito elétrons.
Valência
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Estrutura da Matéria
 Eletrovalência: Quando um dos átomos doa de forma definitiva um elétron ao átomo vizinho.
Eletrovalência
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Estrutura da Matéria
 Covalência: Quando os átomos compartilham elétrons para atingir a estabilidade.
Covalência
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Condutores, Isolantes e Semicondutores
 Condutores: São elementos que possuem elétrons livres em grande quantidade e fracamente ligados ao núcleo. Ex: ouro, prata e cobre
 Aplicando-se uma tensão nas extremidades de um fio de cobre, os elétrons livres irão se movimentar de forma ordenada formando a “corrente elétrica”.
 Quanto maior o número de elétrons livres, maior será o 
fluxo de corrente.
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Condutores, Isolantes e Semicondutores
 Os elétrons livres são os elétrons que saem dos átomos.
 Os elétrons livres são responsáveis pela corrente elétrica nos materiais condutores.
Estrutura atômica do Cobre 
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Condutores, Isolantes e Semicondutores
 Condutores
Cabos de eletricidade
Linhas de transmissão de energia
Placas de circuito eletrônico
Cabos de comunicação
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Condutores, Isolantes e Semicondutores
 Isolantes: São elementos onde os elétrons encontram-se fortemente ligados ao núcleo.
 Oferecem uma resistência elétrica elevada ao fluxo de corrente.
Ex: borracha, vidro, porcelana
 Resistência Elétrica => dificuldade de se obter uma maior intensidade de corrente elétrica em um meio.
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Condutores, Isolantes e Semicondutores
 Isolantes:
Isoladores elétricos
Proteção isolante dos condutores
Luvas e botas isolantes
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Condutores, Isolantes e Semicondutores
 Semicondutores: São elementos cuja resistência situa-se entre a dos condutores e a dos isolantes.
Ex: silício e germânio.
 Tanto o silício quanto o germânio possuem um total de quatro elétrons na camada de valência.
Representação esquemática dos átomos de Germânio (Ge) e Silício (Si)
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Condutores, Isolantes e Semicondutores
Chip de silício
 Semicondutores:
Silício
Dispositivos semicondutores
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Condutores, Isolantes e Semicondutores
 Isolantes são materiais que apresentam de 5 a 8 elétrons na camada de valência, sendo que o material com 5 elétrons será menos isolante que um material de 8 elétrons na ultima camada. Quanto mais camada o elemento tiver, menos isolante ele será.
 Condutores possuem de 1 a 3 elétrons em sua camada de valência, sendo que o elemento que tiver 1 elétron na camada de valência será mais condutor que um elemento que possuir 3 elétrons. Quanto mais camadas o elemento tiver, mais condutor ele será.
 Semicondutores como o Germânio e o Silício apresentam 4 elétrons na camada de valência.
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Condutores, Isolantes e Semicondutores
 Resistividade de alguns materiais
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Semicondutores
Estrutura cristalina do silício a -273°C
 Para haver corrente é necessário romper as ligações covalentes. 
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Semicondutores
Formação das lacunas
 Formação das Lacunas: Com o rompimento da ligação covalente (temperatura ambiente) ocorre a liberação do elétron. O espaço vazio originado (lacuna ou buraco) comporta-se como uma carga positiva, se movimentado no cristal.
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Semicondutores
 Mecanismo de Condução de Elétrons e Lacunas: 
 Cada elétron retirado do material pelo pólo positivo da bateria ocasiona a formação de uma lacuna, porém o pólo negativo dela se encarrega de repor um outro elétron.
 Existem duas correntes dentro do material semicondutor, uma de portadores positivos (lacunas) e outra de portadores negativos (elétrons).
Mecanismo de condução de elétrons e lacunas
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Semicondutores
Mecanismo de condução de elétrons e lacunas
 Mecanismo de Condução de Elétrons e Lacunas:
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Semicondutores Tipo P e N
 Recombinação: Durante o movimento elétrons e lacunas se recombinam. Desse modo, não existirão portadores de carga (elétrons ou lacunas) livres indefinidamente.
Dopagem: Processo utilizado para constituir os semicondutores P e N através da adição pequenas quantidades de impurezas ao silício ou ao germânio.
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Formação do Semicondutor Tipo P
 É adicionado ao silício pequena quantidade de material trivalente (3 elétrons na última camada) como o Índio (In).
 Nesse caso, estará sempre sobrando uma lacuna.
 O material semicondutor com excesso de lacunas é denominado tipo P. Tornam-se estruturas que aceitam elétrons.
Adição de material trivalente ao silício
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Formação do Semicondutor Tipo N
 É adicionado ao silício pequena quantidade de material pentavalente (5 elétrons na última camada) como o Arsênio (As).
 Nesse caso, estará sempre sobrando um elétron.
 O material semicondutor com excesso de elétrons é denominado tipo N. Tornam-se estruturas que fornecem elétrons.
Adição de material pentavalente ao silício
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Impurezas Doadoras e Receptoras
 Impurezas Doadoras: São impurezas responsáveis por fornecer elétrons excedentes no processo de dopagem do silício ou do germânio. Criando o material ou estrutura tipo N.
Ex: antimônio, fósforo e arsênio.
 Impurezas Receptoras: São impurezas responsáveis por dar origem à formação de lacunas no processo de dopagem do silício ou do germânio. Criando o material ou estrutura tipo P.
Ex: alumínio, índio e boro.
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Grafeno
 Material que promete substituir o silício na fabricação de componentes eletrônicos.
 O grafeno é constituído por uma camada extremamente fina de grafite. Trata-se de uma forma pura de carbono descoberta em 2004.
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Grafeno
 O que torna o material especial é a estrutura hexagonal com que seus átomos individuais estão distribuídos, que gera uma folha plana (com somente um átomo de espessura) que, se enroladas, geram nanotubos de carbono.
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Grafeno
 Um material tão ou mais revolucionário do que o silício e o plástico, extremamente forte, leve, flexível, ótimo condutor de eletricidade, excelente condutor térmico e quase totalmente transparente.
 A estrutura atômica das moléculas proporcionamáxima flexibilidade com extrema resistência.