Dispositivos semicondutores

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE FÍSICA TEÓRICA E EXPERIMENTAL

Wendell da Silva Julião – Graduando em Física Licenciatura Plena

Dispositivos Semicondutores

1. Introdução
Num átomo com muitos elétrons, os vários elétrons são distribuídos nos níveis de menor energia possível, obedecendo ao Princípio de Exclusão de Pauli. Como o elétron é dotado de spin, cada nível de energia comporta dois elétrons com spins opostos.
O problema quântico é muito mais complicado do que num átomo isolado, pois os elétrons de cada átomo são sujeitos à interação com os átomos vizinhos. Uma explicação do que ocorre é a seguinte: Ao trazermos um átomo isolado para próximo de outro, os níveis de energia de cada um são perturbados levemente pela presença do vizinho porque eles não podem manter níveis de energia iguais por causa do Princípio de Pauli. Se aproximarmos um grande número de átomos, teremos um grande número de níveis de energia próximos uns dos outros, formando uma banda de energia quase contínua.
Num cristal com elétrons, o estado fundamental (T=0K) é obtido preenchendo os níveis de menos energia de modo a ter somente um elétron em cada estado. Logo, em um cristal a T=0K, há várias bandas cheias com elétrons, sendo a última necessariamente cheia por completo ou pela metade. As propriedades de condução do cristal dependem fundamentalmente do fato da última banda estar cheia ou não.
A condução elétrica em bandas de energia pode ser entendida usando uma analogia com água dentro de um tubo fechado dos dois lados: quando o tubo não contém nenhuma água, obviamente não pode ter fluxo de água. Se o tubo está parcialmente cheio, e uma parte do tubo é levantado a água flui para a parte mais baixa. Quando o tubo está completamente cheio, não se observa fluxo de água mesmo quando uma parte do tubo é levantado.
Os isolantes, isto é, materiais que não conduzem corrente elétrica,