Semicondutor é um material que se configura por dispor de condutividade elétrica intermediaria. E essa capacidade de condutiva se torna possível devido a conhecida como banda de proibida intermediaria.
Os semicondutores são bastante usados na fabricação de dispositivos eletrônicos, por exemplo: os diodos, os transistores e os circuitos integrados.
Fundamentos dos semicondutores
Os semicondutores se baseiam nos princípios da física do estado sólido, que é conhecido por ser o estudo das propriedades físicas dos materiais no seu estado sólido, a exemplo da estrutura cristalina e das interações entre os átomos. A estrutura cristalina dos semicondutores possibilita que os mesmos tenham características elétricas singulares.
Princípios da física do estado sólido
A física do estado sólido trata da estrutura da matéria e como a mesma influencia nas propriedades elétricas e também magnéticas dos materiais. A estrutura cristalina presente nos semicondutores faz com que eles tenham um arranjo regular de átomos, compondo uma rede cristalina. Essa estrutura é essencial, pois impacta as propriedades eletrônicas do material, a exemplo da mobilidade dos elétrons.
Bandas de energia, de valência e também banda de condução
Os elétrons num material sólido ocupam distintos níveis de energia, chamados de bandas de energia.
A banda de valência se trata da banda de energia mais baixa e está repleta de elétrons. Acima da banda de valência, existe uma banda de energia conhecida como banda de condução, a mesma se encontra está vazia ou parcialmente cheia de elétrons. A diferença de energia existente entre a banda de valência e a banda de condução denomina-se de “gap de energia” (“band gap” no inglês).
Doping e criação de semicondutores tipo p e tipo n
O processo de doping é utilizado a fim de alterar as propriedades elétricas dos semicondutores.
Um doping compreende a adição controlada de impurezas no material. Quando impurezas de um elemento pentavalente, a exemplo do fósforo, são inseridas ao silício, elas concedem elétrons extras na estrutura cristalina, gerando uma região tipo n, onde os elétrons se traduzem nos portadores de carga principais.
Por conseguinte, há como adicionar as impurezas de um elemento trivalente, a exemplo do boro, ao silício com o propósito de criar uma região tipo p, onde existe um déficit de elétrons, conhecidos como lacunas. Nas regiões tipo p, as lacunas se configuram nos principais portadores de carga.
Materiais semicondutores comuns
O silício se trata do material semicondutor mais utilizado na indústria de semicondutores por sua abundância e propriedades eletrônicas favoráveis.
E o germânio também é usado, porém seu uso é em menor escala, por conta das suas características peculiares.
Além disso, existem outros materiais semicondutores, a exemplo do arsenieto de gálio. Esses são usados em aplicações especializadas, como no caso dos dispositivos de elevada frequência.
Dispositivos semicondutores
São chamados de dispositivos semicondutores são componentes eletrônicos construídos de materiais semicondutores. Alguns exemplos de dispositivos assim são: diodos, circuitos integrados, microprocessadores, transistores e também chips.
Aplicações dos semicondutores
Os semicondutores são importantes para a eletrônica moderna. Eles são muito utilizados para fabricar dispositivos eletrônicos, a exemplo dos computadores, smartphones, televisores, sistemas de comunicação e outros. Os transistores, em particular, são um componente essencial para os circuitos eletrônicos, possibilitando a amplificação de sinal e comutação.
E ainda, os semicondutores são importantes na tecnologia de energia renovável, como é o caso da fabricação de células solares fotovoltaicas, que transformam a luz solar em energia eletricidade. Os LEDs (diodos emissores de luz) se configuram também em dispositivos semicondutores, sendo os mesmos muito utilizados na iluminação de baixo consumo energético.
Fabricação de semicondutores
A fabricação de semicondutores compreende várias etapas, a exemplo do crescimento de cristais semicondutores puros, da dopagem controlada com o intuito de criar regiões tipo p e tipo n, também da formação de camadas finas e da elaboração de padrões de circuito por meio da litografia.
Lei de Moore
A Lei de Moore, formulada por Gordon Moore, cofundador da Intel, em 1965, assegura que o número de transistores num circuito integrado dobrará aproximadamente de dois em dois anos. Essa lei costuma ser uma diretriz essencial para a indústria de semicondutores e tem estimulado o avanço contínuo da tecnologia dos semicondutores.
Materiais semicondutores orgânicos
Além dos materiais semicondutores caracterizados como inorgânicos, a exemplo do silício, ainda existem materiais semicondutores orgânicos. Esses materiais são formados de carbono e tendem a ser usados nos dispositivos eletrônicos flexíveis e nos que são de baixo custo, alguns exemplos são: smartphones, telas de OLED (diodo orgânico emissor de luz) e TVs.
Dispositivos de potência semicondutora
Aqueles caracterizados como dispositivos de potência semicondutora são desenvolvidos para manipular elevadas quantidades de energia elétrica. O uso dos mesmos se dá em aplicações de elevada potência, por exemplo: na eletrônica de potência, nos acionamentos de motores elétricos e também nos sistemas de transmissão de energia. Quanto aos exemplos de dispositivos de potência semicondutora há como citar os termistores, os varistores e também os tiristores.
SOUSA, Priscila. (2 de Julho de 2023). Semicondutor - O que é, aplicações, conceito e definição. Conceito.de. https://conceito.de/semicondutor