Para
entender melhor o que é um semicondutor, é importante ter claro em mente a
idéia de condutor e isolante.
Vamos
ver o que acontece quando diferentes materiais são atritados com um tecido de
lã e depois aproximados a um outro bastão móvel de vidro previamente eletrizado
positivamente.
O
plástico moveu o bastão de vidro. Isso prova que ele, após o atrito, se
carregou. O metal, porém, não exerceu nenhuma força sobre o vidro. Isso nos
mostra que ele não permaneceu eletrizado.
Através
desta experiência, vemos que as cargas fornecidas ao metal (pelo atrito)
conseguem fluir por este "escapando" pelo corpo da pessoaque o segura
e as cargas fornecidas ao plástico não.
Conclui-se,
então, que o metal é um bom condutor de eletricidade, pois deixou as cargas
escaparem. E o plástico é um mau condutor pois nele as cargas não se moveram.
Condutores
O
que caracteriza o material bom condutor é o fato de os elétrons de valência
(por exemplo, o cobre possui um elétron na última camada) estarem fracamente
ligados ao átomo, podendo ser facilmente deslocados do mesmo. Ora, consideremos,
por exemplo, uma barra de cobre que possui um número extremamente elevado de
átomos de cobre e apliquemos uma diferença de potencial entre os extremos desta
barra. Os elétrons da camada de valência de todos os átomos facilmente se
deslocarão sob a ação do campo elétrico produzido pela diferença de potencial
aplicada, originando-se uma corrente elétrica no material.
Outros
materiais que possuem uma constituição semelhante à do cobre, com um único
eletron na camada de valência, são o ouro e a prata, dois outros excelentes
condutores de eletricidade.
Isolantes
Obviamente,
os materiais isolantes devem corresponder aos materiais que apresentam os
elétrons de valência rigidamente ligados aos seus átomos. Entre
os próprios elementos simples, existem vários que apresentam os elétrons de
valência rigidamente ligados aos átomos. Entretanto, verifica-se que se
consegue uma resistividade muito maior com substâncias compostas, como é o caso
da borracha, mica, teflon, baquelite etc. (é mais ou menos intuitivo que os
átomos se combinam, formando estruturas complexas, os elétrons ficam mais
fortemente ligados a estas estruturas)
A
resistividade dos semicondutores
Todo
material, seja ele isolante ou condutor apresenta uma resistividade, ou seja,
resistência ao fluxo de corrente. Essa resistividade é o oposto da
condutividade: quanto maior a resistividade, menor a condutividade.
Usa-se
o termo resistividade quando se quer comparar níveis de resistência dos
materiais. A unidade de resistividade de um material é o ohm-m ou ohm-cm.
Semicondutores
Assim
como existem materiais condutores e materiais isolantes, existe um tipo de
material que é um meio termo entre esses dois primeiros. Esse material é o semicondutor.
O
semicondutor, portanto, possui um nível de condutividade entre os extremos de
um isolante e um condutor.
Os
materiais semicondutores mais usados na indústria eletrônica são o Germânio
(Ge) e o Silício (Si), apesar do Silício predominar a produção atualmente. Seu
comportamento se deve à sua ligação química, chamada ligação covalente (por
compartilhar elétrons). Nas figuras a seguir você vê a estrutura bidimensional
do silício (usada apenas para o entendimento deste) e sua estrutura
tridimensional (como realmente é).
Cada
átomo do silício se liga a quatro átomos vizinhos através da ligação covalente,
ou seja, pares de elétrons (da última camada do Si) são compartilhados entre
dois átomos. Os elétrons das camadas internas giram em torno do núcleo.
Um
fato importante é que tanto o germânio como o silício apresentam exatamente o
mesmo tipo de estrutura que o diamante, variando apenas a dimensão (constante
da rede).
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