semicondutores finalizado

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FACULDADE PITÁGORAS
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA: 	QUÍMICA
PROFESSORA: 
TURMA: 2019.1
SEMICONDUTORES
Santo Antônio de Jesus/Ba
2019
Sumário
1- INTRODUÇÃO	2
2 - JUSTIFICATIVA	3
3 - OBJETIVOS	3
4 – METODOLOGIA	3
5 – RESULTADOS E DISCUSSÕES	4
Semicondutores intrínsecos	4
Semicondutores extrínsecos	5
SILÍCIO	7
6 - CONCLUSÕES	9
7 - REFERENCIAS	10
1- INTRODUÇÃO
Os semicondutores são materiais reconhecidos por possuírem características intermediárias entre os isolantes e condutores. Em condições normais e temperatura ambiente, os elementos tem ação isolante e não permitem a condução de corrente elétrica, porém, sob determinadas circunstâncias, como por exemplo o aumento da agitação térmica, podem-se assumir uma configuração de característica condutora e passar a energia elétrica.
Os materiais semicondutores mais simples são constituídos de átomos de um único elemento que possuem quatro elétrons na camada de valência, ou seja, átomos tetravalentes. A condutividade elétrica de um semicondutor ou isolante é altamente dependente das condições ambientais, tais como temperatura, radiação luminosa, pressão, campo magnético e pureza do material etc.
Em um semicondutor puro, para que os portadores se tornem livres, as cargas devem ser ativadas. Essa ativação requer alguma energia, que pode vir, por exemplo, da agitação térmica. Introdução aos semicondutores.
A condutividade dos semicondutores não é mais alta daquela dos condutores, (metais), entretanto, eles têm algumas características elétricas que os tornam especiais. As propriedades elétricas desses materiais são extremamente sensíveis à presença de impurezas, mesmo em muito pequenas concentrações. 
Os materiais semicondutores podem ser intrínsecos ou extrínsecos. Os semicondutores intrínsecos são aqueles nos quais o comportamento elétrico está baseado na estrutura eletrônica inerente do material puro, mas quando as características elétricas são determinadas por átomos de impurezas, o semicondutor é extrínseco.
O silício (Si) e o germânio (Ge) são os semicondutores mais utilizados no mercado. Neste módulo iremos apresentar pesquisas à respeito do silício e expor suas características semicondutoras.
2 - JUSTIFICATIVA 
Este trabalho aborda sobre os materiais químicos semicondutores, analisando a composição estrutural desses elementos, bem como suas características físico-quimicas e suas principais aplicações econômicas, visando o entendimento do tema no geral, com o foco voltado para o silício. Agindo como um incentivo, que ratifica a importância do silício no contexto econômico atual, observando que este é de extrema importância na fabricação de eletrônicos.
3 - OBJETIVOS 
· Demonstrar as características físico-químicas dos semicondutores;
· Descrever as aplicações do silício na indústria eletrônica e microeletrônica por suas propriedades de semicondutor, bem como investigar os avanços no ramo da ciência e tecnologia possibilitados pelo estudo do material, como chips e dispositivos que inovaram o cotidiano e impulsionaram a indústria;
· Explicar o processo de dopagem do Silício;
· Demonstrar a estrutura cristalina que forma o Silício;
4 – METODOLOGIA
Este trabalho é um trabalho de pesquisa teórico acerca dos materiais semicondutores. A metodologia utilizada para a realização da pesquisa consistiu numa revisão de literatura em livros acadêmicos e pesquisa em sites voltados para o tema em questão. 
5 – RESULTADOS E DISCUSSÕES
Semicondutores intrínsecos
Nos semicondutores as ligações são predominantemente covalentes e altamente direcionais. Os elétrons estão localizados entre os átomos ao longo da direção da ligação, sendo impossível se moverem através do cristal, a menos que exista energia térmica suficiente para separa-los do seu estado ligado.
Os principais materiais que apresentam propriedades semicondutoras são elementos simples, como o silício (S) e o germânio (Ge). Esses elementos são tetravalentes, isto é, têm quatro elétrons na camada de valência (a camada de distribuição eletrônica mais externa do átomo), e formam ligações covalentes (em que há compartilhamento desses elétrons com os átomos vizinhos). As ligações covalentes dificultam o deslocamento dos elétrons, fazendo dos materiais que constituem, portanto, materiais que não podem conduzir corrente elétrica.
As ligações covalentes dos materiais anteriormente citados, no entanto, não são muito fortes e podem ser rompidas com facilidade se é fornecida ao material uma pequena quantidade de energia (como calor, luz ou a aplicação de uma tensão elétrica). Nessas condições, os elétrons que formam as ligações ficam “livres” e tornam o material passível de conduzir corrente elétrica. Esse tipo de condução é denominado condução intrínseca e é necessário fornecer energia ao semicondutor para que ela ocorra (MARTINS, 2019).
A ruptura de uma ligação de valência entre dois átomos vizinhos libera um elétron, o que corresponde no modelo de bandas, à transferência de um elétron da Banda de Valência (BV) para a Banda de Condução (BC). A lacuna ou buraco deixado na ligação rompida na BV também pode contribuir para a condução da seguinte maneira: um elétron mais profundo (mais interno) de uma ligação vizinha da BV pode mover-se para aqueles níveis vagos pode saltar para essa lacuna, o que é equivalente à transferência de carga positiva em sentido contrário ao deslocamento de elétron. Assim, na condução elétrica num semicondutor como o silício ou o germânio puros, tanto os elétrons como os buracos atuam como transportadores de carga, movendo-se num campo elétrico aplicado. Os elétrons de condução têm carga negativa e são atraídos para o terminal positivo de um circuito elétrico. Os buracos, por seu turno, comportam-se como cargas positivas e são atraídos pelo terminal negativo de um circuito elétrico. Um buraco tem uma carga positiva igual em módulo à carga do elétron. 
Em resumo: durante a condução elétrica num semicondutor puro como o Si, os elétrons negativamente carregados movem-se no sentido oposto ao do campo aplicado (sentido convencional da corrente) em direção ao terminal positivo, e os buracos carregados positivamente movem-se no sentido do campo aplicado, para o terminal negativo.
Ainda que os primeiros componentes eletrônicos tenham sido fabricados com germânio, atualmente o semicondutor mais utilizado é o silício, devido às suas melhores características e à sua capacidade de suportar melhor altas temperaturas,
Semicondutores extrínsecos
Os semicondutores intrínsecos apresentam uma condutividade muito baixa, fazendo com que se procurem métodos para aumentar seu valor. Essa busca tem levado ao desenvolvimento dos semicondutores extrínsecos,
Para converter um material semicondutor em material condutor, pode-se fornecer a ele cargas elétricas em quantidade necessária para que haja excesso de cargas negativas (elétrons). Muitas dessas cargas podem não se encontrar emparelhadas para formar uma ligação e, como consequência, esses elétrons excedentes estarão livres ao redor dos átomos e poderão mover-se com facilidade. Haverá, então, condução de corrente elétrica, denominada condução extrínseca.
O excesso de cargas negativas pode ser obtido introduzindo-se elementos com tal impureza com mais elétrons na camada de valência que os do material semicondutor que serve de base. É a chamada dopagem. Essas impurezas são denominadas doadoras e o material obtido é chamado de semicondutor tipo N (MARTINS, 2019).
Por exemplo, o silício (que tem quatro elétrons na camada de valência) é dopado negativamente com pequenas quantidades de fósforo, arsênio ou antimônio (que têm cinco elétrons na camada de valência e, portanto, um elétron a mais que o silício). Os elétrons adicionais estão livres e formam a corrente elétrica.
De maneira parecida, também se pode introduzir um excesso de cargas positivas no material. Nesse caso, produz-se uma falta de elétrons ou, dito de outra forma, um excesso de “buracos” (por “buraco”, entende-se a ausência de um elétron que compense a carga positiva).
A presença de buracos também facilita a condução de corrente elétrica, pois o excesso de cargas positivas promove a “captura” de elétrons e permite o deslocamento deles (MARTINS, 2019).
O excesso de cargas positivas se consegue introduzindo-se impurezas com menos elétrons de valência que o material semicondutor que serve de base. Essas são impurezas receptoras e o material obtido é denominado semicondutor tipo P. O silício, por exemplo, é dopado positivamente com impurezas de boro, gálio ou índio (que têm três elétrons de valência e, portanto, um elétron a menos).
Em geral, os semicondutores extrínsecos apresentam uma condutividade elétrica maior que a dos semicondutores intrínsecos e, por esse motivo, são mais utilizados na fabricação de dispositivos eletrônicos (silício tipo P e silício tipo N).
SILÍCIO
O silício é um os semicondutores mais utilizados no mercado. Em estado sólido, ele é sempre ligado a quatro outros átomos de silício. Em cada ligação, são compartilhados dois elétrons. Como pode ser observado na figura a seguir, o silício é um isolante, pois não sobram elétrons livres.
Esse estado pode ser modificado com o aumento da temperatura do silício. Isso faz com que alguns elétrons consigam escapar dessas ligações, tendo como consequência uma diminuição da resistividade. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de elétrons livres e, consequentemente, menor a resistividade.
Outro modo de diminuir a resistência do cristal de silício é introduzir de maneira uniforme impurezas, que podem ser átomos de arsênio ou de boro. Quando introduzimos o arsênio, o semicondutor é chamado de semicondutor de tipo n e quando é introduzido o boro, ele é chamado de semicondutor de tipo p. Na proporção pré-definida de um átomo em um milhão, são introduzidos de maneira uniforme átomos de arsênio no cristal de silício. O arsênio tende a estabelecer cinco ligações com os átomos vizinhos, enquanto o silício estabelece quatro ligações. O resultado é que teremos um elétron livre que poderá se mover pelo cristal. Isto significa que teremos transportadores de cargas negativas. P (BISQUOLO, 2019).
Em vez de arsênio, agora serão introduzidos átomos de boro na mesma proporção anterior. Esse elemento tende a estabelecer três ligações com os átomos vizinhos e, quando ele é introduzido no cristal de silício, acaba faltando um elétron. 
Pela figura, observa-se que a falta desse elétron criou uma lacuna. Se esse cristal for submetido a uma diferença de potencial, o elétron que está a mais no átomo de silício irá se movimentar para o lado de maior potencial, enquanto que a lacuna irá se movimentar para o de menor potencial. Resumindo: essa lacuna se comporta como se fosse uma carga positiva, e por isso esse semicondutor recebe o nome de semicondutor tipo p. A grande vantagem de se utilizar os semicondutores é que com eles podemos controlar o número de cargas positivas e negativas por unidade de volume. Esses materiais são muito utilizados em um componente presente nos aparelhos eletrônicos, como a televisão e o rádio. Esse componente é conhecido como transistor.
Estrutura cristalina
Os elementos químicos puros mais usados como semicondutores em dispositivos eletrônicos são o Si e o Ge, do grupo IV, apresentam estrutura cúbica cristalina do diamante que consiste em uma repetição tridimensional de uma célula primitiva que é um tetraedro. Devido a característica covalente da ligação química, o poliedro de ligação (de coordenação) é tetraédrico. 
6 - CONCLUSÕES
Analisando as propriedades de materiais semicondutores, nota-se que o número de elétrons ou lacunas em um semicondutor, cresce com o aumento do número de átomos de impurezas introduzidas no cristal. Com o aumento do número 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. Inicia-se agora o estudo das junções desses materiais tipo N e tipo P na busca de componentes eletrônicos com comportamentos distintos.
7 - REFERENCIAS
1.Site: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/oxirreducao.htm. Acesso em 10/04/2019, às 15:30h.
2. Site: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/oxirreducao.htm. Acesso em 10/04/2019, às 15:35h.
3. FARIA, D.L.A., et al. Limpando moedas de cobre: um laboratório químico na cozinha de casa. Química Nova Escola, São Paulo-SP, Vol 38, p-20-24, 2015.
4. BISQUOLO, P. A. Site: https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/ semicondutores-tipos-mais-comuns-de-semicondutores.html. Acesso em 10/04/2019, às 15:35h.
5.Site: http://www.foz.unioeste.br/~lamat/downmateriais/materiaiscap15.pdf. Acesso em 10/04/2019, às 15:50h.
6. Martins, M. de C. O. Site: https://www.coladaweb.com/fisica/eletricidade/ semicondutores. Acesso em 10/04/2019, às 15:50h.
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