As vantagens dos semicondutores

Semicondutores são substâncias que têm suas condutividades elétricas situadas entre bons condutores e isolantes. Semicondutores, sem qualquer impureza, são chamados de semicondutores intrínsecos. Germânio e silício são os semicondutores intrínsecos mais comumente usados. Tanto o Ge (número atômico 32) quanto o silício (número atômico 14) pertencem ao quarto grupo da tabela periódica e são tetravalentes.

Em temperaturas próximas do zero absoluto, Ge e Si puros se comportam como isolantes perfeitos. Mas suas condutividades aumentam com o aumento da temperatura. Para Ge, a energia de ligação de um elétron na ligação covalente é 0,7 eV. Se essa energia for fornecida na forma de calor, algumas das ligações serão quebradas e os elétrons serão liberados.

Em temperaturas normais, alguns dos elétrons são liberados dos átomos do cristal de Ge ou Si e vagam no cristal. A ausência de um elétron em um local previamente ocupado implica uma carga positiva naquele local. Diz-se que um “buraco” é criado no local onde o elétron é liberado. Um buraco (vazio) é equivalente a carga positiva e tem uma tendência a aceitar um elétron.

Quando um elétron salta para um buraco, um novo buraco é produzido no local onde o elétron estava anteriormente. O movimento dos elétrons em uma direção é equivalente ao movimento dos buracos na direção oposta. Assim, em semicondutores intrínsecos, buracos e elétrons são produzidos simultaneamente, e ambos atuam como portadores de carga.

Existem dois tipos de semicondutores extrínsecos: tipo n e tipo p.

semicondutor tipo n: Elementos como arsênio (As), antimônio (Sb) e fósforo (P) são pentavalentes, enquanto Ge e Si são tetravalentes. Se uma pequena quantidade de antimônio for adicionada ao cristal de Ge ou Si, como uma impureza, então, de seus elétrons de cinco valentes, quatro formarão ligações covalentes com átomos de Ge vizinhos. Mas o quinto elétron do antimônio fica quase livre para se mover no cristal.

Se uma tensão potencial for aplicada ao cristal Ge dopado, os elétrons livres no Ge dopado se moverão em direção ao terminal positivo e a condutividade aumenta. Uma vez que os elétrons livres carregados negativamente aumentam a condutividade do cristal de Ge dopado, ele é chamado de semicondutor do tipo n.

semicondutor tipo p: Se uma impureza trivalente como índio, alumínio ou boro (tendo três elétrons de valência) for adicionada em um proporção muito pequena para tetravalente Ge ou Si, então três ligações covalentes são formadas com três átomos de Ge. Mas o quarto elétron de valência do Ge não pode formar uma ligação covalente com o índio porque nenhum elétron é deixado para o emparelhamento.

A ausência ou deficiência de um elétron é chamada de buraco. Cada buraco é considerado uma região de carga positiva naquele ponto. Como a condutividade do Ge dopado com índio se deve a buracos, ele é denominado semicondutor do tipo p.

Assim, o tipo-n e o tipo-p são os dois tipos de semicondutores, e seus usos são explicados da seguinte forma: Um tipo-p semicondutor e um semicondutor tipo n são unidos, e a interface comum é chamada de junção p-n diodo.

Um diodo de junção p-n é usado como retificador em circuitos eletrônicos. Um transistor é um dispositivo semicondutor de três terminais, que é feito imprensando uma fina fatia de material tipo n entre duas peças maiores de material tipo p, ou uma fatia fina de semicondutor tipo p entre duas peças maiores de tipo n semicondutor. Assim, existem dois tipos de transistores: p-n-p e n-p-n. Um transistor é usado como amplificador em circuitos eletrônicos.

Uma comparação entre um diodo semicondutor e um vácuo daria um vislumbre mais vívido sobre as vantagens dos semicondutores.

• Ao contrário dos diodos de vácuo, não há filamentos nos dispositivos semicondutores. Conseqüentemente, nenhum aquecimento é necessário para emitir elétrons em um semicondutor.
• Dispositivos semicondutores podem ser operados imediatamente após ligar o dispositivo de circuito.
• Ao contrário dos diodos de vácuo, nenhum som de zumbido é produzido pelos semicondutores no momento da operação.
• Comparados aos tubos de vácuo, os dispositivos semicondutores sempre precisam de uma tensão operacional baixa.
• Como os semicondutores são pequenos em tamanho, os circuitos que os envolvem também são muito compactos.
• Ao contrário dos tubos de vácuo, os semicondutores são à prova de choque. Além disso, eles são menores em tamanho e ocupam menos espaço e consomem menos energia.
• Comparados aos tubos de vácuo, os semicondutores são extremamente sensíveis à temperatura e à radiação.
• Os semicondutores são mais baratos do que os diodos a vácuo e têm uma vida útil ilimitada.
• Dispositivos semicondutores não precisam de vácuo para funcionar.

Em resumo, as vantagens dos dispositivos semicondutores superam em muito as dos tubos a vácuo. Com o advento do material semicondutor, tornou-se possível desenvolver pequenos dispositivos eletrônicos mais sofisticados, duráveis ​​e compatíveis.

O dispositivo semicondutor mais comum é o transistor, que é usado para fabricar portas lógicas e circuitos digitais. As aplicações de dispositivos semicondutores também se estendem a circuitos analógicos, que são usados ​​em osciladores e amplificadores.

Dispositivos semicondutores também são usados ​​em circuitos integrados, que operam com tensão e corrente muito altas. As aplicações de dispositivos semicondutores também são vistas na vida diária. Por exemplo, chips de computador de alta velocidade são feitos de semicondutores. Telefones, equipamentos médicos e robótica também fazem uso de materiais semicondutores.