4-MATERIAIS SEMICONDUTORES

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Materiais Eletroeletrônicos
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Me. Lincoln Ribeiro Nascimento
Revisão Textual:
Prof. Me. Luciano Vieira Francisco
Materiais Semicondutores
• Materiais Semicondutores.
• Conhecer os principais materiais semicondutores utilizados na indústria elétrica e 
eletrônica e as principais aplicações desses materiais em projetos de Engenharia. 
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Materiais Semicondutores
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas: 
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e 
sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão 
sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e 
de aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Materiais Semicondutores
Materiais Semicondutores 
Os materiais semicondutores estão em uma faixa intermediária entre os ma-
teriais condutores de eletricidade e os materiais isolantes. Em outras palavras, é 
possível dizer que os materiais semicondutores possuem condutividade elétrica in-
termediária entre os materiais condutores e os materiais isolantes.
Qual é a importância de estudar os materiais semicondutores?
Ex
pl
or
A importância de estudar os materiais semicondutores está no fato de que po-
dem ser utilizados para fabricar componentes eletrônicos que servem para contro-
lar o funcionamento de circuitos eletrônicos.
É possível manusear um material semicondutor para que se torne condutor de 
eletricidade, ou um material isolante, de acordo com a necessidade.
A principal característica de um material semicondutor está na quantidade de 
elétrons disponíveis na última camada eletrônica dos átomos que formam o mate-
rial semicondutor – camada de elétrons chamada de camada de valência.
Comumente, para que um átomo atinja a estabilidade química é necessário que 
essa camada de valência atinja oito elétrons, ou ainda o número máximo de elé-
trons dessa camada. Porém, para que isso aconteça, esse átomo deve se ligar a 
outros átomos por meio de ligações químicas nas quais pode perder ou receber 
elétrons – ligação iônica –, ou ainda compartilhar elétrons – ligação covalente.
Caso, por exemplo, um átomo possua três elétrons na camada de valência, have-
ria duas possibilidades: poderia doar os três elétrons, ou então receber cinco elétrons, 
de forma a se estabilizar quimicamente durante a ligação com outro átomo. Nesse 
caso, esse átomo tenderia a doar os três elétrons – caminho mais fácil –, ficando, 
então, com mais prótons do que elétrons, ou seja, com carga elétrica positiva.
Da mesma forma, em outro exemplo, caso um átomo possua cinco elétrons na ca-
mada de valência, haveria duas possibilidades: poderia doar os cinco elétrons, ou então 
receber três elétrons, de forma a se estabilizar quimicamente durante a ligação com outro 
átomo. Tal átomo tenderia a receber os três elétrons – caminho mais fácil –, ficando, 
então, com menos prótons do que elétrons, ou seja, com carga elétrica negativa.
Porém, no caso dos materiais semicondutores, a camada de valência possui qua-
tro elétrons, ou seja, não existe tendência clara se esses átomos tendem a doar ou 
receber elétrons durante a ligação química – são os casos emblemáticos do Silício 
(Si) e Germânio (Ge), os dois materiais mais utilizados na indústria eletroeletrônica.
Na Figura 1 é possível visualizar a distribuição dos elétrons nas camadas da ele-
trosfera do silício. Como o número atômico do Si é igual a 14 – prótons, que é igual 
ao número de elétrons –, a distribuição dos elétrons nas camadas da eletrosfera deve 
ser K = 2, L = 8 e M = 4, ou seja, a camada de valência (M) possui quatro elétrons:
8
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Si
K L M
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Figura 1 – Distribuição dos elétrons nas camadas da eletrosfera em um átomo de Silício (Si)
Os átomos de silício ou germânio se agrupam, formando uma estrutura cristalina e 
uniforme. Ademais, mantêm-se em uma ligação covalente, de tal forma que compar-
tilham os elétrons de todas as camadas de valência até atingirem oito elétrons, veja:
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Si
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Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Figura 2 – Ligações covalentes nos átomos de Silício (Si)
Qual é a infl uência da temperatura nos materiais semicondutores?
Ex
pl
or
Quando essa estrutura recebe aumento na temperatura, pode ocorrer trans-
ferência de energia suficiente para que os elétrons de algumas dessas ligações se 
desprendam e fiquem livres. 
A presença de elétrons livres é uma condição fundamental para que ocorra o 
fluxo de elétrons – corrente elétrica. Assim, caso esse material aquecido receba a 
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UNIDADE Materiais Semicondutores
aplicação de uma diferença de potencial, haverá corrente elétrica passando em seu 
interior. Dessa forma, é possível concluir que a condutividade elétrica se amplia 
com o aumento da temperatura em um material semicondutor.
Dopagem em Materiais Semicondutores
Silício e germânio puros não servem para aplicações de elétrica e eletrônica. Po-
rém, é possível fazer modificações nesses materiais, acrescentando impurezas – da 
ordem de um átomo de impureza para cada 106 átomos do cristal; esse processo 
é chamado de dopagem.
O objetivo da dopagem é inserir um elemento químico contaminante no semi-
condutor de forma a aumentar o número de elétrons livres e, consequentemente, 
a quantidade de lacunas, ou seja, espaços deixados pelos elétrons que se tornaram 
livres, permitindo a passagem de corrente elétrica através desse material.
As impurezas utilizadas na dopagem de um cristal semicondutor podem ser: 
• Doadoras – dopagem do tipo N;
• Aceitadoras – dopagem do tipo P.
Como fazer a dopagem de um material semicondutor?
Ex
pl
or
Dopagem do Tipo N
Na dopagem do tipo N são acrescentados, no cristal, impurezas doadoras de 
elétrons na forma de átomos pentavalentes, ou seja, com cinco elétrons na ca-
mada de valência como, por exemplo, o fósforo (P) ou o Antimônio (As), os quais 
tomam o lugar de um átomo de silício, porém, como têm um elétron a mais, este 
ficará “sobrando”; na Figura 3 é possível visualizar a dopagem do tipo N do silício, 
utilizando-se um átomo de Antimônio (As):
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Si
Si
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As
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SiSi
Si
Si
–Elétron
Livre
Figura 3 – Dopagem do Silício (Si) com átomo de Antimônio (As)
Na dopagem do tipo N, o elétron livre faz com que o cristal fique com carga 
elétrica negativa.
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Dopagem do Tipo P
Na dopagem do tipo P são acrescentados, no cristal, impurezas aceitadoras de 
elétrons na forma de átomos trivalentes, ou seja, com três elétrons na camada de 
valência como, por exemplo, o Boro (B), Alumínio (Al), ou Gálio (Ga), tomando o 
lugar de um átomo de silício; porém, como têm um elétron a menos, fica faltando 
um elétron para completar a ligação, sobrando, assim, uma lacuna sem elétrons. 
Na Figura 4 é possível visualizar a dopagem do tipo P do silício, utilizando-se um 
átomo de Boro (B):
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Si
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B
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Lacuna
Figura 4 – Dopagem do tipo P do Silício (Si) com átomo de Boro (B)
Na dopagem do tipo P, a lacuna faz com que o cristal fique com carga elé-
trica positiva.
Em um material semicondutor onde estejam disponíveis elétrons livres e lacunas, 
basta uma pequena diferença de potencial aplicada nesse material para que ocorra 
a passagem de corrente elétrica dos elétrons livres para as lacunas.
Quais são as aplicações dos materiais semicondutores?
Ex
pl
or
Aplicação dos Materiais Semicondutores
Existem diversas aplicações aos materiais semicondutores, de modo que vere-
mos algumas dessas aplicações.
Diodo
Um semicondutor que sofreu dopagem do tipo N, ou seja, com impureza doa-
dora de elétrons, será chamado de semicondutor do tipo N.
Da mesma forma, um semicondutor que sofreu dopagem do tipo P, ou seja, com 
impureza aceitadora de elétrons, será chamado de semicondutor do tipo P.
A partir da união de um cristal do tipo N com um cristal do tipo P, obtém-se uma 
junção PN, que é um dispositivo de estado sólido simples: o diodo semicondutor de 
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UNIDADE Materiais Semicondutores
junção. Em outras palavras, um diodo é formado pela junção de um semicondutor 
do tipo P com um semicondutor do tipo N – na Figura 5 é possível visualizar uma 
ilustração da junção PN:
Figura 5 – Junção PN
Fonte: Acervo do Conteudista
Caso essa junção PN seja submetida a uma pequena diferença de potencial – 
tensão elétrica –, os elétrons livres do semicondutor do tipo N se deslocarão em 
direção às lacunas existentes no semicondutor do tipo P, ou seja, ocorrerá a passa-
gem de corrente elétrica pelo diodo, conforme ilustrado na Figura 6: 
Figura 6 – Junção PN submetida a uma diferença de potencial
Fonte: Acervo do Conteudista
Do lado do semicondutor do tipo N existe a presença de diversos elétrons livres 
com carga elétrica negativa e que tendem a se repelir mutuamente, fazendo com 
que alguns desses elétrons ultrapassem o limite da junção, preenchendo as lacu-
nas do semicondutor do tipo P na região próxima à junção PN – área de contato 
entre os dois semicondutores. Quando isso ocorrer, haverá a formação de um par 
de íons, o que, a partir de certo ponto, interrompe o processo de passagem de 
elétrons do semicondutor do tipo N ao semicondutor do tipo P – essa região é cha-
mada de zona de depleção, ou camada de depleção.
Figura 7 – Zona de depleção em uma junção PN
Fonte: Acervo do Conteudista
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Para superar essa barreira de íons criada na zona de depleção, é necessário 
aplicar um valor mínimo de tensão elétrica – diferença de potencial – nas extremi-
dades do diodo. Para os diodos de silício, o valor dessa tensão elétrica é de 0,7 V; 
enquanto que aos diodos de germânio, o valor dessa tensão elétrica é de 0,3 V.
Ademais, a polarização de um diodo consiste em aplicar uma diferença de po-
tencial em suas extremidades; essa polarização pode ocorrer de duas formas:
• Direta;
• Reversa.
A polari zação direta deve conectar o polo negativo da fonte de tensão elétrica 
no semicondutor do tipo N do diodo e o polo positivo deve ser conectado ao semi-
condutor do tipo P do diodo – veja a Figura 8:
Figura 8 – Polarização direta de um diodo
Fonte: Acervo do Conteudista
Na polarização direta, o terminal negativo da fonte de tensão repele os elétrons do 
semicondutor do tipo N. Quando a tensão atinge 0,7 V – diodo de silício –, ou 0,3 V 
– diodo de germânio –, ocorre a passagem de corrente elétrica através do diodo.
Já na polarização inversa, deve-se conectar o polo negativo da fonte de tensão 
elétrica no semicondutor do tipo P do diodo e o polo positivo deve ser conectado 
no semicondutor do tipo N do diodo (Figura 9).
Figura 9 – Polarização inversa de um diodo
Fonte: Acervo do Conteudista
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UNIDADE Materiais Semicondutores
Na polarização inversa, o terminal negativo da fonte de tensão atrai os elétrons 
do semicondutor do tipo N, provocando aumento na zona de depleção e, dessa 
forma, evitando a passagem de corrente elétrica através do diodo. 
O semicondutor do tipo N de um diodo é o terminal negativo do qual, então 
chamado de cátodo – e o terminal positivo é denominado ânodo. Na Figura 10 há 
um exemplo de diodo de silício – a faixa branca indica o cátodo do diodo:
Figura 10 – Diodo de silício
Fonte: pixabay
Um diodo que atualmente tem ampla aplicação é o Light Emitting Diode (LED); 
ou seja, o diodo emissor de luz é um tipo que, quando submetido a uma diferença de 
potencial, acende. A sua principal vantagem é o baixíssimo consumo de energia em 
comparação a outras formas de iluminação – na Figura 11 vemos exemplos de LED:
Figura 11 – Exemplos de LED
Fonte: iStock/Getty Images
Transistor Bipolar
O transistor de junção bipolar é um dispositivo semicondutor de três terminais, ou 
seja, formado por três camadas de material semicondutor, podendo ser de dois tipos:
• NPN: formado por duas camadas de material semicondutor do tipo N e uma 
camada de material semicondutor do tipo P;
• PNP: formado por duas camadas de material semicondutor do tipo P e uma 
camada de material semicondutor do tipo N.
Os três terminais do transistor são chamados de base, emissor e coletor. Na Fi-
gura 12 há uma ilustração das junções de um transistor NPN:
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Figura 12 – Junções de um transistor NPN
Fonte: Acervo do Conteudista
Enquanto que na Figura 13 vemos as junções de um transistor PNP:
Figura 13 – Junções de um transistor PNP
Fonte: Acervo do Conteudista
Por meio de uma polarização de tensão adequada, consegue-se estabelecer um 
fluxo de corrente, permitindo que o transistor seja empregado em inúmeras aplica-
ções, tais como chaves comutadoras eletrônicas, amplificadores de tensão e potên-
cia, osciladores etc. – veja alguns exemplos de transistores:
Figura 14 – Exemplos de transistores
Fonte: iStock/Getty Images
Energia Solar Fotovoltaica
A energia solar fotovoltaica é a forma energética obtida pela conversão de luz solar 
em energia elétrica, isto por meio de um painel fotovoltaico utilizando material semi-
condutor. Um dos materiais semicondutores mais empregados nesse caso é o silício.
A demanda por formas sustentáveis de energia tem impulsionado a cons-
trução de painéis e usinas de geração de energia através do efeito da luz solar. 
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UNIDADE Materiais Semicondutores
Na Figura 15 temos um exemplo de painel fotovoltaico fabricado com um ma-
terial semicondutor:
Figura 15 – Exemplo de placa solar fotovoltaica
Fonte: iStock/Getty Images
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Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Ciência e Engenharia dos Materiais
Leia o capítulo 3 (p. 45-83) da obra de Askeland e Wright, intitulada Ciência e 
Engenharia dos Materiais, disponível na Biblioteca Virtual da Universidade, no item 
E-books – Minha Biblioteca. Nesse texto serão apresentados os arranjos atômicos e 
iônicos dos materiais.
Ciência dos Materiais
Leia o capítulo 15 (p. 346-371) da obra de James F. Shackelford, intitulada Ciência 
dos Materiais, disponível na Biblioteca Virtual da Universidade, no item E-books – Bib. 
Virtual Universitária. Nessetexto serão apresentados os materiais eletroeletrônicos.
 Vídeos
Estrutura da Matéria – Aula 13 - Materiais Semicondutores
https://youtu.be/ZdR6ps-UtUI
Química - Aula 09 - Qual é a diferença entre metais, isolantes e semicondutores?
Aborda a diferença entre metais, semicondutores e isolantes.
https://youtu.be/t6S5yF5epzs
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UNIDADE Materiais Semicondutores
Referências
ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e Engenharia dos Materiais. 3. ed. 
São Paulo: Cengage Learning, 2014.
CALLISTER JR., W. D.; RETHVISCH, D. G. Ciência e Engenharia de Materiais 
– uma introdução. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018.
LESKO, J. Design industrial: materiais e processos de fabricação. São Paulo: 
Blucher, 2004.
SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson Prentice 
Hall, 2008.
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Mate-
riais. 5. ed. Porto Alegre, RS: AMGH, 2012.
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