A Química dos Matérias

1. O germânio dopado com arsênio será um condutor do tipo-n ou do tipo-p? Por que a condutividade é maior do que a do germânio puro?

O semicondutor puro mencionado anteriormente é basicamente neutro. Não contém elétrons livres em suas bandas de condução. Mesmo com a aplicação de energia térmica, apenas algumas ligações covalentes são quebradas, gerando um fluxo de corrente relativamente pequeno. Um método muito mais eficiente de aumentar o fluxo de corrente em semicondutores é adicionar quantidades muito pequenas de aditivos selecionados a eles, geralmente não mais do que algumas partes por milhão. Esses aditivos são chamados de impurezas e o processo de adicioná-los aos cristais é conhecido como dopagem . O objetivo do doping de semicondutor é aumentar o número de cargas livres que podem ser movidas por uma tensão externa aplicada. Quando uma impureza aumenta o número de elétrons livres, o semicondutor dopado é negativo ou tipo n, e a impureza adicionada é conhecida como impureza do tipo n . No entanto, uma impureza que reduz o número de elétrons livres, causando mais lacunas, cria um semicondutor positivo ou do tipo p, e a impureza que foi adicionada a ele é conhecida como impureza do tipo p . Semicondutores que são dopados dessa maneira - com impurezas do tipo n ou p - são chamados de semicondutores extrínsecos .

Semicondutor tipo n

A impureza do tipo n perde seu elétron extra de valência facilmente quando adicionada a um material semicondutor e, ao fazer isso, aumenta a condutividade do material ao contribuir com um elétron livre. Este tipo de impureza tem 5 elétrons de valência e é chamado de impureza pentavalente . Arsênico, antimônio, bismuto e fósforo são impurezas pentavalentes. Como esses materiais dão ou doam um elétron para o material dopado, eles também são chamados de impurezas doadoras .

Quando uma impureza pentavalente (doadora), como o arsênico, é adicionada ao germânio, ela formará ligações covalentes com os átomos de germânio. A Figura 1 ilustra isso mostrando um átomo de arsênio (As) em uma estrutura de rede de germânio (Ge). Observe o átomo de arsênio no centro da rede. Tem 5 elétrons de valência em sua camada externa, mas usa apenas 4 deles para formar ligações covalentes com os átomos de germânio, deixando 1 elétron relativamente livre na estrutura cristalina. O germânio puro pode ser convertido em um semicondutor do tipo n por "dopagem" com qualquer impureza doadora com 5 elétrons de valência em sua camada externa. Como este tipo de semicondutor ( tipo n) possui um excedente de elétrons, os elétrons são considerados majoritáriosas operadoras, enquanto os buracos, por serem poucos, são as operadoras minoritárias.

A condução no semicondutor tipo n, ou cristal, é semelhante à condução em um fio de cobre. Ou seja, com a voltagem aplicada ao material, os elétrons se moverão pelo cristal da mesma forma que a corrente fluiria em um fio de cobre. O potencial positivo de uma bateria atrairá os elétrons livres no cristal. Esses elétrons vão deixar o cristal e fluir para o terminal positivo da bateria. Conforme um elétron sai do cristal, um elétron do terminal negativo da bateria entra no cristal, completando assim o caminho da corrente. Portanto, a maioria dos portadores de corrente no material do tipo n (elétrons) são repelidos pelo lado negativo da bateria e se movem através do cristal em direção ao lado positivo da bateria.

Figura 1: Cristal de germânio dopado com arsênio

2. Classifique os seguintes semicondutores com tipo-p ou tipo-n.

a) Si dopado com In

Si pertence ao grupo 14 e In pertence ao grupo 13, In tem 3 elétrons de valência enquanto Si tem 4 elecltrons de valência. Na substituição, um buraco com deficiência de elétrons foi criado, portanto, é um semicondutor do tipo p.

b) Ge dopado com Sb

Ge pertence ao grupo 14 com 4 elétrons de valência e Sb pertence ao grupo 15 com 5 elétrons de valência. Portanto, na substituição, haverá um elétron livre e é semicondutor do tipo n.

c) Sn (cinza) dopado com As

Sn pertence ao grupo 14 com 4 elétrons de valência e As pertence ao grupo 15 com 5 elétrons de valência. Portanto,