Determinação Do Band Gap Do Germânio

OBJETIVOS

Este trabalho tem como objetivo encontrar o band-gap do germânio intrínseco.

INTRODUÇÃO

Semicondutores foram definidos como materiais que apresentam características com dois tipos de bandas, as bandas de valência e de condução, entre estas bandas há a presença de um faixa proibida de energia, e para o caso dos semicondutores intrínsecos esta energia não apresentam valores muito elevados, como no caso dos isolantes.[1]

A banda de valência apresenta seu estado de energia completamente preenchido enquanto que a banda de condução, completamente vazio, porém, elétrons podem ser excitados da banda de valência para a de condução.

Os semicondutores intrínsecos não apresentam impurezas em sua estrutura. Neste caso, o número de elétrons e de lacunas sempre serão iguais, pelo motivo de que os dois são gerados aos pares.[1]

A teoria quântica explica que para o sólido, existem certas faixa que são proibidas e outras permitidas. No caso dos semicondutores, estas faixa proibidas apresentam valores de energia menor ou da ordem de 3 eV. A temperatura de 0K, o semicondutor apresenta característica de isolantes, pelo fato que os semicondutores apresentam também características de isolantes, pois os elétrons ainda não possuem energia para ser excitados para a banda de condução. Quando há aumento da temperatura, os elétrons passam a ter a energia térmica e esta é suficiente para transporta os elétrons de uma banda para a outra.[2]

O band gap é a diferença mínima entre a energia da banda valência e a banda de condução, porém a parte superior da banda de valência e a parte inferior da banda de condução, não estão geralmente no mesmo valor do momento do elétron. A figura 1 demonstra a banda de energia com o gap dos semicondutores.[2]

Figura 1 – banda de energia para diferentes tipos de materiais.[2]

O materiais semicondutores apresentam gap de energia reduzido se for comparados com os isolantes. Assim, como um dos principais exemplos desta classe de materiais tem-se o Germânio, que apresentam a lacuna de energia Eg (energia proibida) com valores de 0,66 eV, a 0K.[2]

O Germânio apresentam algumas aplicações, porém pelo alto custo do material, estes apresentam limitações, eles são utilizados para:

Fibra ótica;

Eletrônica: radares, amplificadores de guitarras elétricas, ligas metálicas de SiGe em circuitos integrados de alta velocidade:

Ótica de infravermelhos: espectroscópios, sistemas de visão noturna, lentes com alto índice de refração, de ângulo amplo e para microscópio;

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Figura 2 apresenta o comportamento da tensão no germânio intrínseco em função da variação de temperatura.

Figura 2 – Comportamento da tensão em função da temperatura no germânio intrínseco.

Na Figura 2 é possível observar que quanto maior é a temperatura, menor é a tensão que atravessa o semicondutor. Este efeito já era esperado para semicondutores intrínsecos, devido a baixa densidade de portadores de carga.

Para encontrar a condutividade do germânio intrínseco foi utilizada a equação 1.

σ=1/ρ=lI/AU (Eq. 1)