Semicondutores (Parte I)

Condutores e Isolantes. 

Chamam-se condutores as substâncias nas quais os elétrons se locomovem com facilidade. Como se sabe, os elétrons circulam em órbitas distintas em torno do núcleo, tal como os planetas à volta do sol. Quanto mais perto do núcleo, maior é a força gravitacional que atrai o elétron para o centro. Assim, os elétrons da camada de valência do átomo sofrem menos atração do núcleo por estarem mais longe do mesmo. Como a atração entre o centro e o elétron da camada de valência é muito fraca, uma força exterior pode desalojar facilmente este elétron do átomo. Isso acontece por exemplo em um átomo de cobre, onde há somente um elétron na camada de valência. Por isso, esse elétron é designado como elétron livre. Também é por isso que o cobre consitui um bom condutor. A mais pequena tensão elétrica provoca a fluência dos elétrons livres de um átomo para outro vizinho.

 As substancias que têm os elétrons fortementes ligados ao núcleo do átomo são denominadas isolantes. Exemplos: borracha, plástico, etc. 

Semicondutores

Os melhores condutores (prata, cobre e ouro) têm um elétron de valência, enquanto que os melhores isolantes possuem oito elétrons de valência. Um semicondutor é um elemento com propriedades elétricas entre as de um condutor e as de um isolante. Como será de esperar, os melhores semicondutores têm quatro elétrons de valência.

Quando os átomos de silício se combinanm formam um sólido, configurando-se num padrão regular chamado cristal. Cada átomo de silício partilha os seus elétrons com quatro átomos vizinhos, de tal maneira que todos têm oito elétrons na órbita de valência. Estes oito elétrons produzem uma estabilidade química que resulta numa peça sólida do material de silício.  Uma órbita de valência que contenha oito elétrons está saturada, porque não se podem fixar mais elétrons nesta órbita.

Num cristal de silício as vibrações dos átomos podem desalojar, eventualmente, um elétron da órbita de valência. Se isto acontecer, o elétron liberto adquire energia suficiente para atingir uma órbita mais distante. Então obtém-se um elétron livre. A saída do elétron livre cria um lugar vago na órbita de valência, denominado buraco. Este buraco comporta-se como uma carga positiva, já que a perda do elétron origina um íon positivo. Assim, o buraco atrai e capta qualquer elétron na sua vizinhança.

Um semincondutor intrínseco é um semicondutor puro. Um cristal de silício´será um semicondutor intrínseco se cada átomo no cristal for um átomo de silício. À temperatura ambiente um cristal de silício comporta-se como um isolante, porque  dispões de poucos elétrons livres e buracos originados pela energia térmica.

Dopagem de um Semicondutor
Uma maneira de aumentar a condutividade de um semicondutor consiste na dopagem. Isto significa adicionar átomos de impureza a um cristal intrínseco para lhe alterar a condutividade elétrica. Um semicondutor dopado diz-se semicondutor extrínseco.

É possível dopar um semicondutor aumentando a quantidade de elétrons livres, ou de buracos. Assim, obtemos dois tipos de Semicondutores.
Semicondutores Tipo N: O silício que tenha sido dopado com uma impureza pentavalente chama-se semicondutor tipo N, onde N significa negativo. Como o número de elétrons livres excede o de buracos neste tipo de semicondutor, os elétrons livres dizem-se portadores maioritários e os buracos são portadores minoritários.
Semicondutores Tipo P: O silício que tenha sido dopado com uma impureza trivalente designa-se semicondutor tipo P, onde P significa positivo. Uma vez que os buracos excedem o número de elétrons livres, os buracos referem-se por portadores maioritários e os elétrons por portadores minoritários.