Semicondutores: Diodos e Transistores

Semicondutores:
Diodos e Transistores

1. Semicondutores

Para se ter uma boa compreensão acerca da teoria dos diodos, transistores e circuitos integrados, faz-se necessário, primeiramente, conhecer os semicondutores: materiais diferentes dos condutores e isolantes, cujas características estão relacionadas à presença de lacunas em sua estrutura.

Materiais condutores, como o cobre, apresentam apenas um elétron na camada de valência. Esse elétron pode ser deslocado de um átomo para outro átomo com o menor valor de tensão, o que garante num material a condição de bom condutor. Materiais isolantes apresentam oito elétrons na camada de valência. Já os semicondutores, apresentam quatro elétrons. Esse número é a chave na determinação de condutibilidade. O material semicondutor mais largamente empregado é o silício. Seus átomos se combinam para formar um sólido segundo um padrão ordenado chamado cristal. Nesta estrutura, cada átomo compartilha seus elétrons com outros quatro átomos adjacentes, segundo mostra a figura 1.1, assim sua órbita de valência fica com oito elétrons e ele torna-se quimicamente estável.

Figura 1.1 – Ligações entre átomos de silício num cristal

Devido a essas ligações, um cristal de silício é um isolante quase perfeito na temperatura ambiente. Ao fornecer energia térmica ao cristal, isto é, aumentar sua temperatura, as vibrações dos átomos de silício podem, ocasionalmente, deslocar um elétron da órbita de valência para outra mais externa. Nesta, o elétron se torna livre e sua saída deixa um vazio na órbita de valência, chamado lacuna. Essa lacuna comporta-se como uma carga positiva, capaz de atrair qualquer elétron em sua proximidade. Num cristal de silício puro, a todo instante são gerados elétrons livres e lacunas. Como uma lacuna é capaz de se recombinar com outro elétron, ao se aplicar uma tensão no cristal, elétrons se movimentam em direção ao terminal