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Eletrônica Básica 1
Aula 02: Semicondutor Extrínseco
Aula 02: Semicondutor Extrínseco
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.
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!!!!
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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