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Eletrônica Básica 1
Aula 02: Semicondutor  Extrínseco
Referencias
MALVINO, Albert. Eletronica V1
ALBUQUERQUE, R.O. ; PINTO, L.  F. Eletronica Analogica. V2.  São Paulo: Fundação Pe. Anchieta
SEDRA,
A. Microeletronica

1. Semicondutores  extrínsecos
    O  semicondutor  visto anteriormente tem como principal característica o fato da concentração  (numero de portadores por cm3) de elétrons livres ser igual à  de lacunas e o seu número ser altamente depende da temperatura. Um semicondutor   extrínseco terá algumas de suas características elétricas  (como por exemplo a condutividade) alterada se forem adicionadas impurezas com  níveis de concentração adequados.

1.1. Semicondutor tipo N
    O semicondutor tipo N é obtido adicionando-se     quantidades controladas de impurezas pentavalente ao material puro (semicondutor     intrínseco). Por exemplo adicionando-se o fósforo (P) o qual     é pentavalente (5 elétrons na camada de valência), o     mesmo substituirá um átomo de semicondutor (Ge ou Si) no cristal. Quatro     dos seus elétrons serão compartilhados com quatro átomos     vizinhos de Si enquanto o quinto elétron poderá se tornar     livre em temperaturas muito baixas sem que seja gerado lacuna, figura 1.

                                           ( a )                                                           ( b )
Figura  1 - ( a ) Átomo de fósforo ligado a quatro átomos de Si  ( b )  quinto elétron livre, gera um íon preso à estrutura  cristalina


Desta  forma inicialmente só teremos elétrons livres como portadores  de carga, por isso o material  é chamado de N e a impureza de doadora.  Aumentando-se mais ainda a temperatura será atingida uma temperatura  para a qual serão gerados os pares elétron-lacuna. Os elétrons  livres são chamados de portadores  majoritários enquanto as lacunas  são chamadas de portadores minoritários.
Se ND é a concentração  de átomos da impureza por cm3, a   concentração de elétrons  livres no equilíbrio térmico (taxa de geração de  pares  elétron-lacuna = taxa de recombinação de pares),  nn0,  será dada por:  

isto é, o numero de eletrons livres é praticamente igual ao numero de atomos da impureza doadora.

e a concentração de lacunas será calculada aproximadamente  por:



onde ni é a concentração  intrinseca  de pares eletron-lacuna, valendo  2,5x1013 cm-3 para o Ge e 1,5x1010 cm-3   para o Si a temperatura ambiente de 27ºC.
Como ni depende da temperatura,  significará que a concentração de lacunas será dependente  da temperatura, porém como a concentração de elétrons  livres será praticamente igual ND então não dependerá da temperatura.

Não esqueça: os portadores minoritarios, lacunas neste caso, são gerados termicamente!!!!

1.2. Semicondutor  tipo P
     O semicondutor tipo P  é obtido adicionando-se quantidades controladas de impurezas trivalente  ao material puro (semicondutor intrínseco). Um exemplo deste tipo de  impureza é o boro (B). Como o boro é trivalente os seus três  elétrons de valencia serão compartilhados com quatro átomos  de Si, porém uma das ligações não será completada. Em temperaturas extremamente baixas  o material é isolante. Quando a temperatura aumentar, será atingida uma temperatura (temperatura de ionização, ti) que provocará o deslocamento de  um elétron de valência de um  átomo vizinho  para ocupar aquela vaga fazendo aparecer uma  lacuna sem que eletron livre seja gerado, figura 2a.

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