Quando um eletricista vai fazer uma instalação elétrica, ele costuma usar cabos e fios condutores. Esses fios condutores são assim chamados porque são bons condutores de eletricidade, ou seja, possuem elétrons livres.
Na maioria das vezes esses cabos são feitos de cobre, que é um ótimo condutor de eletricidade e um material de custo não elevado.
Outros materiais são classificados como isolantes, pois não possuem elétrons livres. Por isso não servem para serem usados para a condução de eletricidade. Temos vários exemplos de materiais com essas características, por exemplo, o isopor, a madeira e a borracha.
Os condutores e os isolantes são bastante conhecidos. Basta lembrar que, para não tomar um choque, calçamos sapatos e chinelos com solado de borracha, que promovem um isolamento do chão.
O que muitos talvez não saibam é que existe uma terceira categoria de materiais. São aqueles que estão numa situação intermediária, ou seja, em determinada situação são isolantes e em outra são condutores. Esses materiais são classificados como semicondutores.
Os semicondutores mais utilizados
O silício e o germânio são os semicondutores mais utilizados no mercado. Vamos tomar como exemplo o silício. Em estado sólido, ele é sempre ligado a quatro outros átomos de silício. Em cada ligação, são compartilhados dois elétrons. Como pode ser observado na figura 1, o silício é um isolante, pois não sobram elétrons livres.
Figura 1
Esse estado pode ser modificado com o aumento da temperatura do silício. Isso faz com que alguns elétrons consigam escapar dessas ligações, tendo como conseqüência uma diminuição da resistividade. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de elétrons livres e, conseqüentemente, menor a resistividade.
Processo de contaminação ou dopagem
Outro modo de diminuir a resistência do cristal de silício é introduzir de maneira uniforme impurezas, que podem ser átomos de arsênio ou de boro. Quando introduzimos o arsênio, o semicondutor é chamado de semicondutor de tipo n e quando é introduzido o boro, ele é chamado de semicondutor de tipo p.
Na proporção pré-definida de um átomo em um milhão, são introduzidos de maneira uniforme átomos de arsênio no cristal de silício. O arsênio tende a estabelecer cinco ligações com os átomos vizinhos, enquanto o silício estabelece quatro ligações. O resultado é que teremos um elétron livre que poderá se mover pelo cristal. Isto significa que teremos transportadores de cargas negativas. Por isso que é chamado de semicondutor tipo n.
Figura 2
Semicondutor tipo p
Em vez de arsênio, agora serão introduzidos átomos de boro na mesma proporção anterior. Esse elemento tende a estabelecer três ligações com os átomos vizinhos e, quando ele é introduzido no cristal de silício, acaba faltando um elétron. Observe a figura.
Figura 3
Pela figura, observa-se que a falta desse elétron criou uma lacuna. Se esse cristal for submetido a uma diferença de potencial, o elétron que está a mais no átomo de silício irá se movimentar para o lado de maior potencial, enquanto que a lacuna irá se movimentar para o de menor potencial. Resumindo: essa lacuna se comporta como se fosse uma carga positiva, e por isso esse semicondutor recebe o nome de semicondutor tipo p.
A grande vantagem de se utilizar os semicondutores é que com eles podemos controlar o número de cargas positivas e negativas por unidade de volume. Esses materiais são muito utilizados em um componente presente nos aparelhos eletrônicos, como a televisão e o rádio. Esse componente é conhecido como transistor.
Paulo Augusto Bisquolo é professor de física do colégio COC-Santos (SP).
Na maioria das vezes esses cabos são feitos de cobre, que é um ótimo condutor de eletricidade e um material de custo não elevado.
Outros materiais são classificados como isolantes, pois não possuem elétrons livres. Por isso não servem para serem usados para a condução de eletricidade. Temos vários exemplos de materiais com essas características, por exemplo, o isopor, a madeira e a borracha.
Os condutores e os isolantes são bastante conhecidos. Basta lembrar que, para não tomar um choque, calçamos sapatos e chinelos com solado de borracha, que promovem um isolamento do chão.
O que muitos talvez não saibam é que existe uma terceira categoria de materiais. São aqueles que estão numa situação intermediária, ou seja, em determinada situação são isolantes e em outra são condutores. Esses materiais são classificados como semicondutores.
Os semicondutores mais utilizados
O silício e o germânio são os semicondutores mais utilizados no mercado. Vamos tomar como exemplo o silício. Em estado sólido, ele é sempre ligado a quatro outros átomos de silício. Em cada ligação, são compartilhados dois elétrons. Como pode ser observado na figura 1, o silício é um isolante, pois não sobram elétrons livres.
Figura 1
Esse estado pode ser modificado com o aumento da temperatura do silício. Isso faz com que alguns elétrons consigam escapar dessas ligações, tendo como conseqüência uma diminuição da resistividade. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de elétrons livres e, conseqüentemente, menor a resistividade.
Processo de contaminação ou dopagem
Outro modo de diminuir a resistência do cristal de silício é introduzir de maneira uniforme impurezas, que podem ser átomos de arsênio ou de boro. Quando introduzimos o arsênio, o semicondutor é chamado de semicondutor de tipo n e quando é introduzido o boro, ele é chamado de semicondutor de tipo p.
Na proporção pré-definida de um átomo em um milhão, são introduzidos de maneira uniforme átomos de arsênio no cristal de silício. O arsênio tende a estabelecer cinco ligações com os átomos vizinhos, enquanto o silício estabelece quatro ligações. O resultado é que teremos um elétron livre que poderá se mover pelo cristal. Isto significa que teremos transportadores de cargas negativas. Por isso que é chamado de semicondutor tipo n.
Figura 2
Semicondutor tipo p
Em vez de arsênio, agora serão introduzidos átomos de boro na mesma proporção anterior. Esse elemento tende a estabelecer três ligações com os átomos vizinhos e, quando ele é introduzido no cristal de silício, acaba faltando um elétron. Observe a figura.
Figura 3
Pela figura, observa-se que a falta desse elétron criou uma lacuna. Se esse cristal for submetido a uma diferença de potencial, o elétron que está a mais no átomo de silício irá se movimentar para o lado de maior potencial, enquanto que a lacuna irá se movimentar para o de menor potencial. Resumindo: essa lacuna se comporta como se fosse uma carga positiva, e por isso esse semicondutor recebe o nome de semicondutor tipo p.
A grande vantagem de se utilizar os semicondutores é que com eles podemos controlar o número de cargas positivas e negativas por unidade de volume. Esses materiais são muito utilizados em um componente presente nos aparelhos eletrônicos, como a televisão e o rádio. Esse componente é conhecido como transistor.
Paulo Augusto Bisquolo é professor de física do colégio COC-Santos (SP).
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