Materiais com condutividade elétrica intermediária
Os semicondutores são materiais que possuem baixa condutividade elétrica. Esses elementos estão entre os condutores e isolantes, e são capazes de mudar sua condição de condução elétrica com facilidade.
Os semicondutores não conseguem conduzir corrente elétrica em condições químicas normais. Os átomos dos semicondutores são tetravalentes, ou seja, possuem apenas quatro camadas de valência, o que torna-os elementos não estáveis.
Para que os materiais semicondutores possam conduzir corrente elétrica é necessário que seus átomos se agrupem para ganhar estabilidade. Isso ocorre quando há ligações químicas covalentes nas quais os átomos passam a ter oito elétrons e se tornam condutores de eletricidade.
O transistor é semicondutor utilizado como amplificador ou interruptor de sinais ou energia elétrica. (Foto: Pxhere)
Como ocorre a mudança de capacidade isolante para condutora?
A capacidade de condutividade dos semicondutores ocorre graças à chamada banda proibida intermediária. A band gap ou banda proibida fica localizada entre a camada de valência do átomo e a região chamada camada de condução, região que ao receber um campo elétrico forma uma corrente elétrica.
Assim, ocorre a mudança da capacidade isolante para condutora, pois ao receber certa quantidade de energia, os elétrons se tornam livres e saem da camada de valência para a camada de condução.
Tipos de semicondutores
Os semicondutores apresentam dois tipos de condução elétrica: condução intrínseca e condução extrínseca. Para que haja a condução intrínseca os semicondutores precisam receber energia (calor, luz ou a aplicação de uma tensão elétrica). Já para haver a condução extrínseca, os semicondutores precisam receber excesso de carga negativa, através da inserção de outros elementos.
Os elementos químicos simples como o silício e o germânio possuem quatro elétrons na camada de valência. Eles formam ligações covalentes que impedem o deslocamento dos elétrons, dificultando a condução de carga elétrica.
Nesse caso, a condução só ocorre se uma quantidade de energia for fornecida aos semicondutores. Desse modo, quando recebem calor, luz ou aplicação de uma tensão elétrica, os elétrons que formam as ligações ficam “livres”, tornando o material passível de conduzir corrente elétrica.
Na condução extrínseca, para transformar um material semicondutor em condutor de corrente elétrica, é necessário que sejam oferecidas cargas elétricas suficientes para exceder a carga negativa.
É possível obter o excesso de carga negativa através do processo de dopagem. A dopagem consiste na inserção de elementos que possuam mais elétrons na camada de valência do que os elementos semicondutores que servem como base.
Para uma melhor compreensão sobre os semicondutores, é necessário entender o conceito de condutividade.
Condutividade
A condutividade é a capacidade que um material possui em permitir a condução de corrente elétrica. Trata-se de uma propriedade da eletricidade que depende da estrutura da molécula e do átomo dos elementos.
A estrutura dos materiais que são bons condutores de eletricidade possui elétrons que estão vinculados de maneira frágil, o que contribui para que eles não se movam com facilidade. Já a condutividade elétrica dos materiais semicondutores varia de acordo com as condições ambientais ou de estado elétrico.
A condutividade dos semicondutores pode ser modificada por meio da variação da temperatura ou pelo processo de dopagem, que consiste na adição de uma substância diferente do silício. O processo chamado de impureza permite controlar a concentração de portadores de carga e assim alterar as propriedades elétricas do material.
Emprego dos semicondutores
Os semicondutores são sensíveis a condições ambientais como a temperatura ou o estado elétrico, seja com carga elétrica positiva ou negativa. Eles podem ser de silício ou germânio.
Bastante utilizados para a fabricação de componentes eletrônicos, os semicondutores têm aplicabilidade na prática e são muito importantes para a vida das pessoas.
Seu uso é essencial para a fabricação de componentes eletrônicos como diodos, transístores, LED, microprocessadores, chips, nanocircuitos usados em nanotecnologia, dentre outros produtos tecnológicos.
Devido às características do silício como capacidade de resistir melhor as altas temperaturas, ele tem se tornado um elemento primordial na indústria eletrônica e na produção de seus componentes, tomando o lugar que antes pertencia ao germânio.
Atualmente, os avanços tecnológicos na área de eletrônico possibilitaram a obtenção de alguns materiais compostos que possuem propriedades semicondutoras, porém o seu uso ainda é limitado. Entre os materiais compostos estão o arseneto de gálio (GaAs) e o fosfeto de índio (InP).