- O que é um semicondutor?
- Aplicações de semicondutores
- Tipos de semicondutores
- Exemplos de materiais semicondutores
- Materiais condutores
- Materiais isolantes
Explicamos o que é um semicondutor elétrico, seus tipos, aplicações e exemplos. Além disso, materiais condutores e isolantes.
O que é um semicondutor?
Semicondutores são materiais capazes de atuar como condutores elétricos ou isolantes elétricos, dependendo das condições físicas em que se encontram. Essas condições geralmente envolvem temperatura e a Pressão, a incidência de radiação ou as intensidades do campo elétrico ou campo magnético ao qual o material está sujeito.
Semicondutores são feitos de elementos químicos muito variados entre si, que na verdade vêm de outras regiões que não o Tabela periódica, mas eles compartilham certas características químicas (geralmente são tetravalentes), que lhes conferem suas propriedades elétricas particulares. Atualmente, o semicondutor mais utilizado é o silício (Si), principalmente na indústria eletrônicos e do Informática.
Junto com os materiais isolantes, os semicondutores foram descobertos em 1727 pelo físico e naturalista inglês Stephen Gray (1666-1736), mas as leis que descrevem seus comportamentos e propriedades foram descritas muito mais tarde, em 1821, pelo famoso físico alemão Georg Simon. (1789-1854).
Aplicações de semicondutores
Os semicondutores são especialmente úteis na indústria eletrônica, uma vez que permitem conduzir e modular o corrente elétrica de acordo com os padrões necessários. Por isso, é comum que estejam acostumados a:
- Transistores
- Circuitos integrados
- Diodos elétricos
- Sensores Ópticos
- Lasers de estado sólido
- Moduladores de acionamento elétrico (como um amplificador de guitarra elétrica)
Tipos de semicondutores
Os semicondutores podem ser de dois tipos diferentes, dependendo de sua resposta ao ambiente físico em que estão:
Semicondutores intrínsecos
Eles são compostos de um único tipo de átomos, organizado em moléculas tetraédrico (ou seja, quatro átomos com uma valência de 4) e seus átomos unidos por ligações covalentes.
Esta configuração química impede movimento livre de elétrons ao redor da molécula, exceto por um aumento na temperatura: então os elétrons participam do Energia disponível e “pula”, deixando um espaço livre que é traduzido como carga positiva, que por sua vez atrairá novos elétrons. Este processo é chamado de recombinação, e a quantidade de calor necessário para isso depende do elemento químico em questão.
Semicondutores extrínsecos
Esses materiais permitem um processo de dopagem, ou seja, permitem que algum tipo de impureza seja incluída em sua configuração atômica. Dependendo dessas impurezas, que podem ser pentavalentes ou trivalentes, os materiais semicondutores são divididos em dois:
- Semicondutores extrínsecos do tipo N (doadores). Nestes tipos de materiais, os elétrons superam os buracos ou portadores de carga livre ("espaços" de carga positiva). Quando uma diferença de potencial é aplicada ao material, os elétrons livres se movem para a esquerda do material e os buracos para a direita. Quando os buracos alcançam a extrema direita, os elétrons do circuito externo entram no semicondutor e ocorre a transmissão da corrente elétrica.
- Semicondutores extrínsecos do tipo P (aceitadores). Nestes materiais, a impureza adicionada, ao invés de aumentar os elétrons disponíveis, aumenta os buracos. Assim, falamos de material aceitador adicionado, uma vez que há uma maior demanda por elétrons do que disponibilidade e cada “espaço” livre onde um elétron deve ir serve para facilitar a passagem de corrente.
Exemplos de materiais semicondutores
Os semicondutores mais comuns e usados no indústria são:
- Silício (Si)
- Germânio (Ge), frequentemente em ligas silício
- Arsenieto de gálio (GaAs)
- Enxofre
- Oxigênio
- Cádmio
- Selênio
- indiano
- Outros materiais químicos resultantes da combinação de elementos dos grupos 12 e 13 da tabela periódica, com elementos dos grupos 16 e 15 respectivamente.
Materiais condutores
Ao contrário dos semicondutores, cujas propriedades de condução elétrica variam, os materiais condutores estão sempre prontos para transmitir o eletricidade, devido à configuração eletrônica de seus átomos. Esta condutividade pode flutuar e ser afetada em algum grau pelo estado físico do ambiente, uma vez que o condutividade elétrica não é absoluto.
Exemplos de materiais condutores são a grande maioria dos metais (ferro, mercúrio, cobre, alumínio, etc.) e o Água.
Materiais isolantes
Por fim, materiais isolantes são aqueles que resistem à condução de eletricidade, ou seja, que impedem a passagem de elétrons e são úteis, portanto, para se proteger da eletricidade, para evitar que ela corra livremente ou entre em curto-circuito. Os isoladores também não isolam cem por cento de forma eficiente. Eles têm um limite (tensão de ruptura) acima do qual a energia é tão intensa que não conseguem manter sua condição de isolantes e, portanto, transmitem corrente elétrica, pelo menos em certo grau.
Exemplos de materiais isolantes são plástico, cerâmica, vidro, madeira e papel.