Conceitos Básicos de Semicondutores

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1 Conceitos Básicos de Semicondutores Daniel Montechiesi RA Eduardo Oliveira RA Leandro Gomes Silva RA Sumário Introdução Objetivo Diferenças entre um Material Semicondutor e um Condutor Construção Dopagem Resultados e Discussões Conclusão 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 2

2 Introdução SEMICONDUTORES Materiais que apresentam uma resistividade Intermediária, isto é, uma resistividade maior que a dos condutores e menor que a dos isolantes. Como exemplo, podemos citar o Carbono, o Silício, o Germânio, etc. 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 3 Introdução Condutividade elétrica bastante limitada; Propriedades elétricas alteradas com incorporação de outros elementos; O material pode passar a conduzir eletricidade em um único sentido, da forma como age um diodo; Pode possuir propriedade de conduzir eletricidade apenas no outro sentido. 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 4

3 Objetivo Demonstrar a importância dos semicondutores na eletrônica Demonstrar as principais diferenças entre um material Semicondutor e um material Condutor elétrico. 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 5 Diferenças entre um Material Semicondutor e um Condutor Condutor Cobre: A corrente elétrica é formada por elétrons livres em movimento organizado Nuvem de Elétrons 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 6

4 Diferenças entre um Material Semicondutor e um Condutor Semicondutor Germânio: Quatro átomos na última camada de Valência O germânio é um dos materiais semicondutores mais antigos. É encontrado em pequenas quantidades em minérios de zinco, pó de carvão e mesmo nas águas do mar. 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 7 Nos minérios, vem acompanhado, além do zinco, também com ferro e cobre, que se encontram em porcentagens bem superiores ao próprio germânio. Por essas razões, a extração do germânio é difícil e onerosa. É uma substância dura e quebradiça, não suportando qualquer tipo de esforço mecânico. Oxida-se em presença do ar, formando uma finíssima película de óxido de germânio (GeO2). A água praticamente não tem influência sobre o germânio, sendo resistente a ácidos. O germânio para fabricação de componentes semicondutores apresenta elevada pureza. O germânio foi o primeiro metal usado na fabricação do transistor. 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 8

5 Diferenças entre um Material Semicondutor e um Condutor Semicondutor Silício: Quatro átomos na última camada de Valência O silício constitui aproximadamente 28% da crosta terrestre. O silício é termicamente mais estável do que o germânio, podendo ser usado a temperaturas ambiente de até 150 C. 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 9 Permite reduzir as perdas de corrente, elevando o rendimento e simplificando os métodos de refrigeração dos dispositivos feitos de silício. Esses aspectos, juntamente com sua abundância e baixo custo, justificam o uso do silício como matéria-prima para a construção de componentes semicondutores. Em sua forma natural, é encontrado em rochas e em minérios como o quartzo, o feldspato e a mica. A areia é composta em parte por silício. O processo de purificação do silício, é bastante complexo. O composto mais característico do silício é o dióxido de silício (SiO2). O silício não é encontrado livre na natureza: ele deve atravessar processos industriais a fim de resultar num silício cristalino ou amorfo. O silício amorfo é um pó de cor marrom. O cristalino é uma substância de cor negra, frágil, quebradiço, de brilho metálico, quimicamente bastante inerte. 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 10

6 Construção A temperatura ambiente (20ºC) já se torna um condutor, pois o calor fornece a energia térmica necessária para que alguns dos elétrons de valência deixem a ligação covalente (deixando no seu lugar uma lacuna) passando a existir alguns elétrons livres no semicondutor. SEMICONDUTOR INTRÍNSECO SEMICONDUTOR EXTRÍNSECO IMPUREZAS DOADORAS IMPUREZAS RECEPTORAS 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 11 Dopagem Semicondutor dopado positivamente (tipo P) Semicondutor tipo N, dopado negativamente O mais importante é que, tanto os elétrons em excesso quanto os buracos gerados pela dopagem do material, são portadores de carga. Assim, ambos os semicondutores (tipo N e tipo P) possuem uma condutividade maior que a do semicondutor puro. 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 12

7 Conclusão Materiais adaptáveis à necessidade. Abundância de material Baixo valor comercial 15/09/2009 Conceito Básico de Semicondutores 13