Quando pensamos em dispositivos eletrônicos, geralmente pensamos em quão rápido esses dispositivos operam ou por quanto tempo podemos operar o dispositivo antes de recarregar a bateria. O que a maioria das pessoas não pensa é do que são feitos os componentes de seus dispositivos eletrônicos. Embora cada dispositivo seja diferente em sua construção, todos esses dispositivos têm uma coisa em comum - circuitos eletrônicos com componentes que contêm os elementos químicos silício e germânio.
TL; DR (muito longo; Não li)
O silício e o germânio são dois elementos químicos chamados metaloides. Tanto o silício quanto o germânio podem ser combinados com outros elementos chamados dopantes para criar dispositivos eletrônicos de estado sólido, como diodos, transistores e células fotoelétricas. A principal diferença entre os diodos de silício e germânio é a tensão necessária para o diodo ligar (ou tornar-se “polarizado para frente”). Os diodos de silício requerem 0,7 volts para serem polarizados para frente, enquanto os diodos de germânio requerem apenas 0,3 volts para serem polarizados para frente.
Como fazer com que os metalóides conduzam correntes elétricas
O germânio e o silício são elementos químicos chamados metalóides. Ambos os elementos são frágeis e possuem um brilho metálico. Cada um desses elementos possui uma camada externa de elétrons que contém quatro elétrons; essa propriedade do silício e do germânio torna difícil para qualquer um dos elementos em sua forma mais pura ser um bom condutor elétrico. Uma maneira de fazer com que um metalóide conduza corrente elétrica livremente é aquecê-lo. A adição de calor faz com que os elétrons livres em um metalóide se movam mais rápido e viajem mais livremente, permitindo a aplicação corrente elétrica flua se a diferença de voltagem através do metalóide for suficiente para saltar para a condução banda.
Apresentando dopantes ao silício e germânio
Outra forma de alterar as propriedades elétricas do germânio e do silício é introduzir elementos químicos chamados dopantes. Elementos como boro, fósforo ou arsênico podem ser encontrados na tabela periódica perto do silício e germânio. Quando dopantes são introduzidos em um metalóide, o dopante fornece um elétron extra para a camada externa do metalóide ou priva o metalóide de um de seus elétrons.
No exemplo prático de um diodo, um pedaço de silício é dopado com dois dopantes diferentes, como boro de um lado e arsênico do outro. O ponto onde o lado dopado com boro encontra o lado dopado com arsênico é chamado de junção P-N. Para um diodo de silício, o lado dopado com boro é chamado de "silício tipo P" porque a introdução de boro priva o silício de um elétron ou introduz um "buraco" de elétron. Sobre por outro lado, o silício dopado com arsênio é chamado de "silício tipo N" porque adiciona um elétron, o que torna mais fácil para a corrente elétrica fluir quando a tensão é aplicada ao diodo.
Uma vez que um diodo atua como uma válvula unidirecional para o fluxo de corrente elétrica, deve haver um diferencial de tensão aplicado às duas metades do diodo, e deve ser aplicado nas regiões corretas. Em termos práticos, isso significa que o pólo positivo de uma fonte de alimentação deve ser aplicado ao fio que vai para o Material tipo P, enquanto o pólo negativo deve ser aplicado ao material tipo N para o diodo conduzir eletricidade. Quando a energia é aplicada corretamente a um diodo, e o diodo está conduzindo corrente elétrica, diz-se que o diodo é polarizado diretamente. Quando os pólos negativo e positivo de uma fonte de alimentação são aplicados aos materiais de polaridade oposta de um diodo - pólo positivo para Material tipo N e pólo negativo para material tipo P - um diodo não conduz corrente elétrica, uma condição conhecida como polarização reversa.
A diferença entre germânio e silício
A principal diferença entre os diodos de germânio e silício é a voltagem na qual a corrente elétrica começa a fluir livremente pelo diodo. Um diodo de germânio normalmente começa a conduzir corrente elétrica quando a voltagem aplicada corretamente através do diodo atinge 0,3 volts. Os diodos de silício requerem mais voltagem para conduzir a corrente; são necessários 0,7 volts para criar uma situação de polarização direta em um diodo de silício.