Materiais Eletronicos

ANHANGUERA EDUCACIONAL

CENTRO UNIVERSITÁRIO ANHANGUERA DE NITERÓI

SEMICONDUTORES

NITERÓI

2016

ANHANGUERA EDUCACIONAL

CENTRO UNIVERSITÁRIO ANHANGUERA DE NITERÓI

CURSO: ENGENHARIA ELÉTRICA

TURMA: B-35, 4° PERÍODO

DISCIPLINA: ELETRÔNICA I

ALUNA: LETÍCIA MATHEUS CLAUDINO

RA: 1299103825

PROFESSOR RESPONSÁVEL: RAFAEL ABREU

NITERÓI

2016

ANHANGUERA EDUCACIONAL

CENTRO UNIVERSITÁRIO ANHANGUERA DE NITERÓI

Trabalho desenvolvido na disciplina Eletrônica I, apresentado à Anhanguera Educacional como atividade avaliativa sob a orientação do professor Rafael Abreu.

NITERÓI

2016

Semicondutores

        Semicondutores são materiais, normalmente cristalinos, que funcionam convenientemente ora como condutores, ora como isolantes. Geralmente são utilizados em equipamentos eletrônicos devido à sua propriedade, desde simples aparelhos até em escala de nanotecnologia. Portanto, hoje em dia o semicondutor é essencial no meio industrial eletrônico e na fabricação de seus produtos. De forma geral, os semicondutores são sólidos que à temperatura de até 0 °K, seus elétrons não possuem agitação o suficiente para ficarem livres com um tempo de vida longo (isto é, sem serem capturados por lacunas, pois para cada elétron que se desprende do átomo, existe uma lacuna, que reage como carga positiva, atraindo elétrons). Porém, quando aumenta a temperatura no meio, há inserção de energia, agitando os elétrons da banda de valência com uma velocidade tão alta, que resultam na separação deste elétron, tornando-o livre no meio.

        Os semicondutores enquanto intrínsecos (sem dopagem, ou seja, é o elemento base puro, sem adição de outros elementos) funcionam muito bem como isolantes em temperaturas baixas, pois sua ligação química se dá por uma estrutura covalente, mantendo os orbitais eletrônicos preenchidos, logo, não há portadores em sua estrutura.

        Já quando extrínsecos (sofreu dopagem, ou seja, adição de outros elementos à estrutura do material), seu comportamento muda. Quando o semicondutor passa pelo processo de dopagem, ele recebe propriedades interessantes com possibilidade de conversão. Quando há a dopagem, geralmente adiciona-se elementos com menos número de elétrons na camada de valência (gerando semicondutores tipo P) ou elementos que tenham mais elétrons na última camada (gerando semicondutores tipo N). Nos semicondutores tipo P, há abundância de colunas, pois na reformulação das cadeias de ligações covalentes, os elementos não conseguirão alcançar a estabilidade química devido ao número menor de elétrons na camada de valência. Nos semicondutores tipo N, a dopagem é feita com elementos que possuem maior quantidade de elétrons na última camada, logo, quando são adicionados e ligados ao elemento base, todas as ligações covalentes são feitas e ainda resta um elétron sobressalente.

        Para a formação do semicondutor para uso comercial na condição de polarização direta (aplicação do semicondutor em um circuito), deve-se unir os semicondutores tipo P e tipo N, pois quando há essa junção, nas bordas internas dos semicondutores os elétrons livres (provenientes do tipo N) são atraídos pelas lacunas (provenientes do tipo P) e formam uma barreira, chamada camada de depleção, onde os elétrons se unem às lacunas, formando íons, e passam a repelir os elétrons livres (tipo N), porém dependendo da voltagem aplicada (varia de acordo com o semicondutor), a quantidade de elétrons que entram é tão intensa, que vence essa barreira, voltando a conduzir. Já na condição de polarização reversa, os elétrons são atraídos para fora do meio, enquanto os elétrons são adicionados pelo semicondutor tipo P, expandindo a camada de depleção para toda a extensão do semicondutor, tornando-o um isolante. Essa propriedade um mesmo material agir como condutor ou como isolante quando for necessário, é extremamente útil e indispensável no ramo eletrônico.

Origem

        O carbono é o elemento químico que ocupa o quarto lugar em maior abundância no mundo. Devido a sua habilidade em formar ligações com ele mesmo e outros elementos, já foram identificados mais de incríveis 10 milhões de combinações diferentes. Mais conhecido em suas formas simples como o carvão, diamante e o grafite, seus compostos formam a base da vida orgânica na Terra, além de se combinar com alguns metais resultando em carbetos metálicos, entre eles o aço, que é um doa mais comuns e utilizados para um extenso leque de finalidades.

        O grafeno é um material primário do grafite, sendo composto por carbonos com hibridização sp² e foi observado pela primeira vez em 2004 na Universidade de Manchester – Inglaterra, pelos físicos Andre Geim e Konstantin Novoselov, lhes rendendo o Prêmio Nobel da Física em 2010. Seus átomos estão arranjados em uma estrutura hexagonal, formando uma rede plana (visualmente muito similar a favos de mel) com espessura de um átomo, sendo deste modo, o primeiro material bidimensional da história já observado pelo homem. Seus pesquisadores alcançaram o isolamento a partir de um processo conhecido como clivagem, utilizado para limpar superfícies de grafite para análise. Com o uso de uma fita adesiva específica, gruda-se a fita e retira-se logo em seguida, obtendo finas camadas (neste ponto, são praticamente transparentes) e, logo após, transferidos para o substrato de dióxido de silício previamente limpo, para que seja possível observá-lo.

Teoria

        O carbono é um elemento extraordinário, devido às suas inúmeras possibilidades de arranjos e obtenção de propriedades importantes a partir deles. O grafeno não poderia ser diferente, tendo excelentes propriedades mecânicas (material mais rígido conhecido na natureza, ou seja, o detentor do maior valor da constante elástica), térmicas (altíssima condutividade térmica e apresentam o maior ponto de fusão; >4000 °C) e por fim, propriedades elétricas (apresenta condutividade elétrica), que é a propriedade que será aprofundada a seguir.