Materiais Semicondutores: Condutividade e Mobilidade Elétrica

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MATERIAIS ELÉTRICOS
SEMICONDUTIVIDADE
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Olá!
Nesta aula você irá aprender sobre:
1. Conhecer o mecanismo de condutividade nos semicondutores extrínsecos Tipo P;
2. Conhecer a influência da temperatura no comportamento da condutividade nos semicondutores;
3. Aprender como utilizar a técnica de medida por Efeito Hall para a determinação da mobilidade elétrica dos
materiais.
Segundo CALLISTER, 2008:
Nos semicondutores extrínsecos do tipo P, a adição do elemento dopante com uma carência de cargas negativas
(ex: B+3 em Si+4 produzirá uma carga positiva (buraco) na última camada da banda de valência, como mostrado
na imagem.
Fonte: Estrutura de cargas da última camada da banda de valência do silício extrínseco tipo P (Ciência e 
Engenharia de Materiais: Uma Introdução, 7a edição, 2008, William D. Callister Jr, Editora LTC, cap. 18. 
Propriedades Elétricas).
O mecanismo de condutividade elétrica é ativado pela aplicação de um campo elétrico sobre o semicondutor e o
buraco se movimenta trocando de posição com elétrons da banda de valência de átomos próximos.
Onde σ é a condutividade elétrica do material (Ω.m)-1;
P é a densidade de cargas positivas por volume (Número de cargas/m3;)
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ІeІ é o módulo da carga do elétron (1,6 x 10 -19 C);
µH é a mobilidade elétrica dos buracos (m2/V m).
A condutividade elétrica nos semicondutores extrínsecos do tipo P depende somente da movimentação dos
portadores de carga positivos (buracos) da seguinte forma:
σ = P ІeІ µH
1 Efeito da Temperatura sobre a Condutividade nos 
Semicondutores
Segundo CALLISTER, 2008:
A condutividade elétrica nos semicondutores é influenciada pela variação da temperatura. É importante
conhecer este comportamento, pois, o valor da condutividade nos semicondutores extrínsecos, que fazem parte
da Junção PN, deverá ser sempre maior do que a do semicondutor intrínseco que serve de base para os
dispositivos.
A imagem mostra o comportamento da condutividade elétrica nos semicondutores intrínsecos e extrínsecos,
onde são apresentadas três curvas distintas:
Duas curvas para a variação da condutividade de um semicondutor extrínseco do tipo P, dopado com Boro (B),
com concentrações de 0,0013% e 0,0052%;
Uma curva para a variação da condutividade de um semicondutor silício intrínseco.
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Matematicamente, a condutividade nos semicondutores intrínsecos tem comportamento exponencial.
Onde σ é a condutividade elétrica do material (Ω.m)-1;
T é a temperatura em Kelvin;
Eg é a energia do gap do semicondutor;
k é a constante de Boltzmann (8,62 x 10-5 e V/K);
C é urna constante associada ao material.
Com este comportamento exponencial, a condutividade elétrica nos semicondutores intrínsecos aumenta mais
rapidamente do que a condutividade dos semicondutores extrínsecos. Acima de certa temperatura, a
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condutividade intrínseca é predominante, desviando o caminho o caminho dos portadores de carga da região da
Junção PN para o semicondutor intrínseco. Neste momento, por exemplo, os dispositivos em um processador de
um microcomputador param de funcionam, dando a famosa "tela azul" característica.
2 Determinação da Mobilidade Elétrica pela Técnica de 
Efeito Hall
Segundo CALLISTER, 2008:
O conhecimento da mobilidade elétrica dos materiais é essencial para o controle da qualidade dos materiais
empregados na construção dos dispositivos eletrônicos, microeletrônicos e optpeletrônicos.
Na indústria, esta determinação é realizada pela técnica de medida de Efeito Hall, que é mostrada
esquematicamente na imagem.
Esquema mostrando a medida pela técnica de Efeito Hall (Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução, 7a
edição, 2008, William D. Callister Jr, Editora LTC, cap. 18. Propriedades Elétricas.
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A medida consiste inicialmente, na aplicação de um campo magnético perpendicular (Bz) sobre o material
/dispositivo. Este campo produz um deslocamento de cargas negativas e positivas em um plano perpendicular
ao campo magnético, como indicado na imagem, que gera uma diferença de potencial. Esta diferença é medida e
é a Tensão de Hall (VH). Matematicamente:
VH = RH Ix BZ / d
Onde V é a Tensão de Hall (V) , R é a constante de Hall;
H H
Ix é a corrente elétrica produzida a movimentação das cargas;
Bz é o campo elétrico aplicado;
d é a espessura do material/dispositivo.
V é medida, juntamente com lx; o valor de d é padrão para todos os semicondutores e igual à 450μm.
H
O que se deseja determinar é a constante de Hall (RH) que é um valor característico de todos os materiais
(tabelado). A relação entre RH é a mobilidade elétrica pode ser descrita da seguinte forma:
µe = І RH І σ
onde a condutividade elétrica, σ, é conhecida.
O que vem na próxima aula
Na próxima aula, abordaremos o seguinte assunto:
• O comportamento elétrico dos materiais isolantes e suas aplicações.
CONCLUSÃO
Nesta aula, você:
• Compreendeu os mecanismos de transporte de cargas nos semicondutores intrínsecos e extrínsecos do 
Saiba mais
Para saber mais sobre os tópicos estudados nesta aula, pesquise na internet sites, vídeos e
artigos relacionados ao conteúdo visto. Se ainda tiver alguma dúvida, fale com seu professor
online utilizando os recursos disponíveis no ambiente de aprendizagem.
Materiais Elétricos, Vol.1, Condutores e Semicondutores, Walfredo Schmidt, p.32 até 34 (Efeito
Hall), p.99 até 102 (semicondutores extrínsecos), 3a Edição ampliada, Editora Blucher.
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• Compreendeu os mecanismos de transporte de cargas nos semicondutores intrínsecos e extrínsecos do 
tipo P;
• Verificou que a condutividade varia de forma distinta nos semicondutores intrínsecos e extrínsecos;
• Aprendeu determinar o valor da mobilidade elétrica nos semicondutores e contactos metálicos 
condutores.
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	Olá!
	
	1 Efeito da Temperatura sobre a Condutividade nos Semicondutores
	2 Determinação da Mobilidade Elétrica pela Técnica de Efeito Hall
	O que vem na próxima aula
	CONCLUSÃO