O documento descreve a estrutura cristalina dos semicondutores de silício e germânio, explicando que eles possuem uma estrutura cúbica com átomos ligados por ligações covalentes. Também explica como semicondutores do tipo P e tipo N são criados através da introdução de impurezas trivalentes ou pentavalentes, respectivamente, criando portadores de carga majoritários.

1. Semicondutores do tipo
P e tipo N
Trabalho elaborado por:
Samuel Monteiro
10ºE Nº14

2. Estrutura cristalina dos semicondutores
 Quando os átomos se unem para formarem as moléculas de uma substância, a
distribuição e disposição desses átomos pode ser ordenada e organizada e
designa-se por estrutura cristalina.
 O Germânio e o Silício possuem uma estrutura cristalina cúbica como é
mostrado na seguinte figura.
Átomo de silício

3. Estrutura cristalina dos semicondutores
 Na prática, a estrutura cristalina ilustrada na figura só é conseguida quando o
cristal de silício é submetido à temperatura de zero graus absolutos (ou -
273ºC). Nessa temperatura, todas as ligações covalentes estão completas os
átomos têm oito electrões de valência o que faz com que o átomo tenha
estabilidade química e molecular, logo não há electrões livres e,
consequentemente o material comporta-se como um isolante

4. Ligação Covalente
 Nessa estrutura cristalina, cada átomo (representado por Si) une-se a outros
quatro átomos vizinhos, por meio de ligações covalentes, e cada um dos
quatro electrões de valência de um átomo é compartilhado com um electrão
do átomo vizinho, de modo que dois átomos adjacentes compartilham os dois
electrões.

5. Semicondutores do tipo P
 A introdução de átomos trivalentes (como o Índio) num semicondutor puro
(intrínseco) faz com que apareçam lacunas livres no seu interior. Como esses
átomos recebem (ou aceitam) electrões eles são denominados impurezas
aceitadoras ou átomos aceitadores. Todo o cristal puro de Silício ou
Germânio, dopado com impurezas aceitadoras é designado por semicondutor
do tipo P (P de positivo, referindo-se à falta da carga negativa do electrão).

6. Semicondutores do tipo N
 A introdução de átomos pentavalentes (como o Arsénio) num semicondutor
puro (intrínseco) faz com que apareçam electrões livres no seu interior. Como
esses átomos fornecem (doam) electrões ao cristal semicondutor eles
recebem o nome de impurezas dadoras ou átomos dadores. Todo o cristal de
Silício ou Germânio, dopado com impurezas dadoras é designado por
semicondutor do tipo N (N de negativo, referindo-se à carga do electrão).
Electrão
livre do
Arsénio

7. Semicondutor intrínseco
 Um semicondutor intrínseco é um semicondutor no estado puro. À
temperatura de zero graus absolutos (-273ºC) comporta-se como um isolante,
mas à temperatura ambiente (20ºC) já se torna um condutor porque o calor
fornece a energia térmica necessária para que alguns dos electrões de
valência deixem a ligação covalente (deixando no seu lugar uma lacuna)
passando a existir alguns electrões livres no semicondutor.

8. Semicondutor extrínseco
 Há diversas formas de se provocar o aparecimento de pares electrão-lacuna
livres no interior de um cristal semicondutor. Um deles é através da energia
térmica (ou calor). Outra maneira, consiste em fazer com que um feixe de
luz incida sobre o material semicondutor.
 Na prática, contudo, necessitamos de um cristal semicondutor em que o
número de electrões livres seja bem superior ao número de lacunas, ou de um
cristal onde o número de lacunas seja bem superior ao número de electrões
livres. Isto é conseguido tomando-se um cristal semicondutor puro (intrínseco)
e adicionando-se a ele (dopagem), por meio de técnicas especiais, uma
determinada quantidade de outros tipos de átomos, aos quais chamamos de
impurezas.
 Quando são adicionadas impurezas a um semicondutor puro (intrínseco) este
passa a denominar-se por semicondutor extrínseco.

9. 9
Semicondutor extrínseco
Há diversas formas de se provocar o aparecimento de pares electrão-
lacuna livres no interior de um cristal semicondutor. Um deles é
através da energia térmica (ou calor). Outra maneira, consiste em
fazer com que um feixe de luz incida sobre o material semicondutor.
Na prática, contudo, necessitamos de um cristal semicondutor em que
o número de electrões livres seja bem superior ao número de lacunas,
ou de um cristal onde o número de lacunas seja bem superior ao
número de electrões livres. Isto é conseguido tomando-se um cristal
semicondutor puro (intrínseco) e adicionando-se a ele (dopagem), por
meio de técnicas especiais, uma determinada quantidade de outros
tipos de átomos, aos quais chamamos de impurezas.
Quando são adicionadas impurezas a um semicondutor puro
(intrínseco) este passa a denominar-se por semicondutor extrínseco.

10. Processo de dopagem
 Quando são adicionadas impurezas a um semicondutor puro (intrínseco), este
passa a ser um semicondutor extrínseco.
 As impurezas usadas na dopagem de um semicondutor intrínseco podem ser
de dois tipos: impurezas ou átomos dadores e impurezas ou átomos
aceitadores.
 Átomos dadores têm cinco electrões de valência (são pentavalentes): Arsénio
(AS), Fósforo (P) ou Antimónio (Sb).
 Átomos aceitadores têm três electrões de valência (são trivalentes): Índio
(In), Gálio (Ga), Boro (B) ou Alumínio (Al).

11. Movimento dos electrões e das lacunas
nos semicondutores do tipo N
 Num cristal semicondutor tipo N o fluxo de electrões será muito mais intenso (sete
larga) que o fluxo de lacunas (sete estreita) porque o número de electrões livres
(portadores maioritários) é muito maior que o número de lacunas (portadores
minoritários).
 A lacuna comporta-se como se fosse uma partícula semelhante ao electrão, porém com
carga eléctrica positiva. Isto significa que, quando o semicondutor é submetido a uma
diferença de potencial, a lacuna pode mover-se do mesmo modo que o electrão, mas
em sentido contrário, uma vez que possui carga eléctrica contrária. Enquanto os
electrões livres se deslocam em direcção ao pólo positivo do gerador, as lacunas
deslocam-se em direcção ao pólo negativo
Electrões Electrões

12. Movimento dos electrões e das lacunas
nos semicondutores do tipo P
 Num cristal semicondutor tipo P o fluxo de lacunas será muito mais intenso (sete
larga) que o fluxo de electrões (sete estreita) porque o número de lacunas livres
(portadores maioritários) é muito maior que o número de electrões livres (portadores
minoritários).
 A lacuna comporta-se como se fosse uma partícula semelhante ao electrão, porém com
carga eléctrica positiva. Isto significa que, quando o semicondutor é submetido a uma
diferença de potencial, a lacuna pode mover-se do mesmo modo que o electrão, mas
em sentido contrário, uma vez que possui carga eléctrica contrária. Enquanto os
electrões livres se deslocam em direcção ao pólo positivo do gerador, as lacunas
deslocam-se em direcção ao pólo negativo.
Electrões Electrões