Semicondutores do Tipo N
Os semicondutores são materiais orgânicos ou inorgânicos com a capacidade de controlar sua condução elétrica. Esta propriedade deriva de sua estrutura química, temperatura, iluminação e a presença de dopantes. Eles apresentam uma condutividade elétrica intermediária entre um metal, como cobre ou ouro, e um isolante, como o vidro. Isso se deve ao fato de possuírem uma lacuna de energia menor que 4eV (aproximadamente 1eV). Em física do estado sólido, esta lacuna, ou banda proibida, é uma faixa de energia entre a banda de valência e a banda de condução onde estados de elétrons são proibidos.
Tipos de Semicondutores
Os semicondutores podem ser classificados em dois tipos básicos, baseados em suas propriedades eletrônicas:
- Semicondutores Intrínsecos: São semicondutores puros, compostos por um único elemento (como Silício ou Germânio), sem doping intencional com impurezas. Eles conduzem eletricidade quando aquecidos, permitindo que alguns elétrons ganhem energia suficiente para se libertarem de seus laços e se tornarem elétrons livres na banda de condução.
- Semicondutores Extrínsecos: São semicondutores impuros, dopados intencionalmente com impurezas para alterar suas propriedades eletrônicas. Os semicondutores extrínsecos dividem-se em:
- Semicondutores do Tipo P: Neles, átomos de impurezas como boro são introduzidos no material semicondutor. Essas impurezas possuem menos elétrons de valência que o material semicondutor, resultando na criação de “buracos” (ausência de elétrons) na banda de valência.
- Semicondutores do Tipo N: Neste tipo, átomos de impurezas como fósforo são introduzidos no material semicondutor. Estes átomos possuem mais elétrons de valência que o material semicondutor, criando elétrons excedentes na banda de condução.
Semicondutores do Tipo N
Um semicondutor extrínseco dopado com átomos doadores de elétrons é chamado de semicondutor do tipo N, pois a maioria dos portadores de carga no cristal são elétrons negativos. Como o silício é um elemento tetravalente, sua estrutura cristalina normal contém 4 ligações covalentes de quatro elétrons de valência. Os dopantes mais comuns no silício são elementos dos grupos III e V. Elementos do grupo V (pentavalentes) têm cinco elétrons de valência, permitindo que atuem como doadores. Assim, adicionar essas impurezas pentavalentes como arsênico, antimônio ou fósforo contribui com elétrons livres, aumentando significativamente a condutividade do semicondutor intrínseco.
Por exemplo, um cristal de silício dopado com boro (grupo III) cria um semicondutor do tipo P, enquanto um cristal dopado com fósforo (grupo V) resulta em um semicondutor do tipo N. Os elétrons de condução são completamente dominados pelo número de elétrons doadores. Portanto, o número total de elétrons de condução é aproximadamente igual ao número de sítios doadores, n≈ND. A neutralidade de carga do material semicondutor é mantida porque os sítios doadores excitados equilibram os elétrons de condução. O resultado é que o número de elétrons de condução aumenta enquanto o número de buracos é reduzido. O desequilíbrio na concentração de portadores nas respectivas bandas é expresso pela diferença no número absoluto de elétrons e buracos. Os elétrons são portadores majoritários, enquanto os buracos são portadores minoritários em material do tipo N.
