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 como isolantes elétricos, dependendo das condições físicas em que se encontram. Estas condições geralmente envolvem temperatura e pressão, a incidência de radiação ou as intensidades do campo elétrico ou campo magnético ao qual o material está submetido.
Os semicondutores são compostos por elementos químicos muito variados, que na verdade provêm de diferentes regiões da Tabela Periódica, mas que compartilham certas características químicas (geralmente são tetravalentes), que lhes conferem propriedades elétricas particulares. Na atualidade, O semicondutor mais utilizado é o silício (Si)particularmente na indústria eletrônica e de computação.
Juntamente com os materiais isolantes, os semicondutores foram descoberto 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 Ohm (1789-1854).
Também: Propriedades da matéria
Aplicações de semicondutores
Semicondutores são especialmente útil na indústria eletrônica, pois permitem que a corrente elétrica seja conduzida e modulada de acordo com os padrões necessários. Por esse motivo, 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 da sua resposta ao ambiente físico em que são encontrados:
Semicondutores Intrínsecos
Eles são constituídos por um único tipo de átomos, dispostos em moléculas tetraédricas (ou seja, quatro átomos com valência 4) e seus átomos unidos por ligações covalentes.
Esta configuração química impede a livre circulação dos elétrons ao redor da molécula, exceto quando a temperatura aumenta: então os elétrons aproveitam parte da energia disponível e “saltam”, deixando um espaço livre que se traduz como uma carga positiva, que por sua vez atrairá novos elétrons. Esse processo é chamado de recombinação, e a quantidade de calor necessária para isso depende do elemento químico em questão.
Semicondutores extrínsecos
Esses materiais permitir um processo de doping, ou seja, permitem incluir algum tipo de impurezas em sua configuração atômica. Dependendo dessas impurezas, que podem ser serpentavalentes ou trivalentes, os materiais semicondutores são divididos em dois:
- Semicondutores extrínsecos do tipo N (doador). Neste tipo 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 se movem para a direita. Quando os buracos atingem a extremidade 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, em vez de aumentar os elétrons disponíveis, aumenta os buracos. Assim, falamos de material aceitador adicionado, pois há uma demanda maior de elétrons do que a disponibilidade e cada “espaço” livre onde um elétron deveria ir serve. para facilitar a passagem da corrente.
Exemplos de materiais semicondutores
Os semicondutores mais comuns usados na indústria são:
- Silício (Sim)
- Germânio (Ge), frequentemente em ligas de silício
- Arsenieto de gálio (GaAs)
- Enxofre
- Oxigênio
- Cádmio
- Selênio
- Índio
- 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 Eles estão sempre prontos para transmitir eletricidade, devido à configuração eletrônica de seus átomos. Esta condutividade pode oscilar e ser afetada até certo ponto pelo estado físico do ambiente, uma vez que a condutividade elétrica não é absoluta.
Exemplos de materiais condutores são a grande maioria dos metais (ferro, mercúrio, cobre, alumínio, etc.) e água.
Materiais isolantes
Finalmente, materiais isolantes são aqueles que resistem à condução de eletricidade, ou seja, impedem a passagem de elétrons e são úteis, portanto, para proteger contra a eletricidade, para evitar que ela siga um curso livre ou para causar curtos-circuitos. Os isoladores também não isolam 100% de forma eficiente. Eles possuem um limite (tensão de ruptura) além do qual a energia é tão intensa que não conseguem manter sua condição de isolantes e, portanto, transmitir a corrente elétrica, pelo menos em certo grau.
Exemplos de materiais isolantes são plástico, cerâmica, vidro, madeira e papel.
Mais em: Isolador elétrico
Referências
- “Semicondutor” na Wikipedia.
- “Semicondutores” na Escola Universitária de Engenharia Técnica Industrial (Espanha).
- “O que é um semicondutor? Uma explicação simples” (vídeo) na MindMachineTV.
- “Propriedades de materiais semicondutores e condutores” (vídeo) em CienciaMX.
- “Introdução ao semicondutor” (vídeo) na Khan Academy.
- “Semicondutor (eletrônico)” na Enciclopédia Britânica.