Semicondutores

Condutores e semicondutores: os sólidos e a mecânica quântica. Detetores de barreira de superfície.

Física, volume 4, Ótica e Física Moderna; Paul Tipler , terceira edição traduzida , Guanabara Koogan, 1995.

Propriedades dos sólidos, como por exemplo, a existência de grandes cristais isolados e raros, alguns considerados como pedras preciosas, intrigaram as pessoas e os cientistas ao longo do tempo. A mecânica quântica propiciou a interpretação das propriedades observadas nesses materiais e hoje, os conhecimentos destas propriedades contribuem para o desenvolvimento tecnológico na área das comunicações, no processamento de dados e nos mais variados aparelhos eletrônicos. Sabe se que bons condutores de eletricidade também são bons condutores térmicos (o cobre por exemplo). Propriedades como a resistividade elétrica e a condutividade térmica podem ser explicadas qualitativamente através da teoria clássica. Entretanto, quando se passa para uma análise quantitativa o mesmo não ocorre. Os valores obtidos para diversos parâmetros macroscópicos como a resistividade e a capacidade térmica não são explicadas pela teoria clássica, quando envolve significativas variações com a temperatura. Uma das dificuldades da teoria clássica é que se admite que os elétrons livres têm uma energia média de 3/2 kT, onde k é a constante de Boltzmann e T a temperatura absoluta (medida em Kelvin). Essa é uma decorrência do teorema de eqüipartição de energia, onde os sistemas de partículas seguem a distribuição de Maxwell-Boltzmann. Pela teoria quântica e o Princípio de Exclusão de Pauli não pode haver mais que dois elétrons (com spins opostos) em um mesmo estado de energia, nem mesmo no estado de menor energia, ou seja , com T=0. Os elétrons vão ocupar diferentes estados possíveis e discretos de energia, de forma compatível com o Princípio de Exclusão de Pauli. Mesmo em T=0, a energia do elétron não é nula. Assim como no caso do átomo