Eletrônicos básico: O que é um semicondutor?

Semiconductors são amplamente utilizados em circuitos eletrônicos. Como o próprio nome indica, um semiconductoris um material que conduz a corrente, mas apenas parcialmente. A condutividade de um semicondutor está algures entre o de um isolador, que quase não tem condutividade, e um condutor, que tem condutividade quase completa. A maioria dos cristais de semicondutores são feitas de certos materiais, mais comumente de silício.

Para entender como funcionam os semicondutores, primeiro você precisa entender um pouco sobre como os elétrons são organizados em um átomo. Os elétrons em um átomo são organizados em camadas. Estas camadas são chamados cartuchos. A camada mais externa é chamada de valência Concha.

Os elétrons neste escudo são os que formam ligações com os átomos vizinhos. Esses títulos são chamados ligações covalentes. A maioria dos condutores tem apenas um elétron na camada de valência. Semicondutores, por outro lado, normalmente têm quatro elétrons em sua camada de valência.

Se todos os átomos vizinhos são do mesmo tipo, é possível que todos os electrões de valência para se ligar com electrões de valência a partir de outros átomos. Quando isso acontece, os átomos se organizam em estruturas chamadas cristais. Semicondutores são feitos de tais cristais, geralmente cristais de silício.

Aqui, cada círculo representa um átomo de silício, e as linhas entre os átomos representam os elétrons compartilhados. Cada um dos quatro electrões de valência em cada átomo de silício é compartilhada com um átomo de silício vizinhos. Deste modo, cada átomo de silício se encontra ligado com quatro outros átomos de silício.

cristais de silício puro não são tão útil por via electrónica. Mas se você introduzir pequenas quantidades de outros elementos em um cristal, o cristal começa a conduzir de uma maneira interessante.

O processo de introduzir outros elementos deliberadamente para um cristal é chamada doping. O elemento introduzido por dopagem é chamado um dopante. Controlando cuidadosamente o processo de doping e os dopantes que são usados, cristais de silício pode se transformar em um dos dois tipos distintos de condutores:

• Semicondutor do tipo n: Criado quando o dopante é um elemento que tem cinco elétrons em sua camada de valência. O fósforo é habitualmente usada para este fim.

  Os átomos de fósforo juntar-te na estrutura cristalina do silício, cada um vínculo com quatro átomos de silício adjacentes tal como um átomo de silício faria. Porque o átomo de fósforo tem cinco elétrons em sua camada de valência, mas apenas quatro deles estão ligados a átomos adjacentes, o quinto elétron de valência é deixado sair com a que se ligar.

  Os elétrons de valência extras nos átomos de fósforo começar a se comportar como os elétrons de valência de solteiro em um condutor regular, como o cobre. Eles são livres para se movimentar. Porque este tipo de semicondutor tem elétrons extras, ele é chamado de Semicondutor do tipo n.

  

• Semicondutor do tipo P: Acontece quando o dopante (como o boro) tem apenas três elétrons na camada de valência. Quando uma pequena quantidade é incorporada no cristal, o átomo é capaz de ligar-se com quatro átomos de silício, mas uma vez que tem apenas três electrões para oferecer, uma buraco é criado. O furo comporta-se como uma carga positiva, de modo semicondutores dopados desta forma são chamados P-tipo semicondutores.

  Como uma carga positiva, buracos atrair elétrons. Mas quando um elétron se move dentro de um buraco, o elétron deixa um novo buraco no seu local anterior. Assim, em um semicondutor do tipo P, os buracos estão em constante movimento em torno de dentro do cristal como os elétrons constantemente a tentar preenchê-los.

  

Quando a tensão é aplicada a qualquer um do tipo N, ou um semicondutor do tipo P, a corrente flui, pela mesma razão que flui num condutor comum: O lado negativo da tensão empurra electrões, e o lado positivo puxa-os. O resultado é que o movimento de electrões e furo aleatório que está sempre presente em um semicondutor torna-se organizado em uma direcção, a criação de corrente eléctrica mensurável.