Os semicondutores são materiais que apresentam características intermediárias entre os condutores e os isolantes. Em condições normais, são isolantes e não permitem a passagem de corrente elétrica, porém, sob certas circunstâncias, se recebem energia externa, podem passar a ser condutores. Os materiais semicondutores podem ser intrínsecos ou extrínsecos.
Semicondutores intrínsecos
Os principais materiais que apresentam propriedades semicondutoras são elementos simples, como o silício (S) e o germânio (Ge). Esses elementos são tetravalentes, isto é, têm quatro elétrons na camada de valência (a camada de distribuição eletrônica mais externa do átomo), e formam ligações covalentes (em que há compartilhamento desses elétrons com os átomos vizinhos). As ligações covalentes dificultam o deslocamento dos elétrons, fazendo dos materiais que constituem, portanto, materiais que não podem conduzir corrente elétrica.
As ligações covalentes dos materiais anteriormente citados, no entanto, não são muito fortes e podem ser rompidas com facilidade se é fornecida ao material uma pequena quantidade de energia (como calor, luz ou a aplicação de uma tensão elétrica). Nessas condições, os elétrons que formam as ligações ficam “livres” e tornam o material passível de conduzir corrente elétrica. Esse tipo de condução é denominado condução intrínseca e é necessário fornecer energia ao semicondutor para que ela ocorra.
Ainda que os primeiros componentes eletrônicos tenham sido fabricados com germânio, atualmente o semicondutor mais utilizado é o silício, devido às suas melhores características e à sua capacidade de suportar melhor altas temperaturas,
Nos últimos anos, o desenvolvimento da eletrônica tem levado à obtenção de materiais compostos com propriedades semicondutoras, como o arseneto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de índio (InP), que têm, porém, uso limitado.
Semicondutores extrínsecos
Os semicondutores intrínsecos apresentam uma condutividade muito baixa, fazendo com que se procurem métodos para aumentar seu valor. Essa busca tem levado ao desenvolvimento dos semicondutores extrínsecos,
Para converter um material semicondutor em material condutor, pode-se fornecer a ele cargas elétricas em quantidade necessária para que haja excesso de cargas negativas (elétrons). Muitas dessas cargas podem não se encontrar emparelhadas para formar uma ligação e, como consequência, esses elétrons excedentes estarão livres ao redor dos átomos e poderão mover-se com facilidade. Haverá, então, condução de corrente elétrica, denominada condução extrínseca.
O excesso de cargas negativas pode ser obtido introduzindo-se elementos com tal impureza com mais elétrons na camada de valência que os do material semicondutor que serve de base. É a chamada dopagem. Essas impurezas são denominadas doadoras e o material obtido é chamado de semicondutor tipo N.
Por exemplo, o silício (que tem quatro elétrons na camada de valência) é dopado negativamente com pequenas quantidades de fósforo, arsênio ou antimônio (que têm cinco elétrons na camada de valência e, portanto, um elétron a mais que o silício). Os elétrons adicionais estão livres e formam a corrente elétrica.
De maneira parecida, também se pode introduzir um excesso de cargas positivas no material. Nesse caso, produz-se uma falta de elétrons ou, dito de outra forma, um excesso de “buracos” (por “buraco”, entende-se a ausência de um elétron que compense a carga positiva). A presença de buracos também facilita a condução de corrente elétrica, pois o excesso de cargas positivas promove a “captura” de elétrons e permite o deslocamento deles.
O excesso de cargas positivas se consegue introduzindo-se impurezas com menos elétrons de valência que o material semicondutor que serve de base. Essas são impurezas receptoras e o material obtido é denominado semicondutor tipo P. O silício, por exemplo, é dopado positivamente com impurezas de boro, gálio ou índio (que têm três elétrons de valência e, portanto, um elétron a menos).
Em geral, os semicondutores extrínsecos apresentam uma condutividade elétrica maior que a dos semicondutores intrínsecos e, por esse motivo, são mais utilizados na fabricação de dispositivos eletrônicos (silício tipo P e silício tipo N).
Semicondutor extrínseco do tipo N: Os elétrons excedentes se movem pelo material.
Semicondutor extrínseco do tipo P: O excesso de cargas positivas equivale à existência com facilidade de “buracos” que propiciam a movimentação de elétrons e a condução da eletricidade.
Por: Miguel de Castro Oliveira Martins
