A condutividade elétrica baseia-se no
fato de os elétrons da última camada de cada átomo terem facilidade em
saltar entre átomos vizinhos (funções de onda comuns).
Para entender melhor o que é um semicondutor, é importante ter claro em mente a idéia de condutor e isolante.
Vamos ver o que acontece quando
diferentes materiais são atritados com um tecido de lã e depois
aproximados a um outro bastão móvel de vidro previamente eletrizado
positivamente.
O plástico move o bastão de vidro.
Isso prova que ele, após o atrito, se carrega. O metal, porém, não
exerce nenhuma força sobre o vidro. Isso nos mostra que ele não
permanece eletrizado.
Através desta experiência, vemos que
as cargas fornecidas ao metal (pelo atrito) conseguem fluir por este
"escapando" pelo corpo da pessoa que o segura e as cargas fornecidas ao
plástico não.
Conclui-se, então, que o metal é um
bom condutor de eletricidade, pois deixou as cargas escaparem. E o
plástico é um mau condutor pois nele as cargas não se moveram.
Condutores
O que caracteriza o material bom
condutor é o fato de os elétrons de valência (por exemplo, o cobre
possui um elétron na última camada) estarem fracamente ligados ao átomo,
podendo ser facilmente deslocados do mesmo. Ora, consideremos, por
exemplo, uma barra de cobre que possui um número extremamente elevado de
átomos de cobre e apliquemos uma diferença de potencial entre os
extremos desta barra. Os elétrons da camada de valência de todos os
átomos facilmente se deslocarão sob a ação do campo elétrico produzido
pela diferença de potencial aplicada, originando-se uma corrente
elétrica no material.
Outros materiais que possuem uma
constituição semelhante à do cobre, com um único elétron na camada de
valência, são o ouro e a prata, dois outros excelentes condutores de
eletricidade.
Isolantes
Obviamente, os materiais isolantes
devem corresponder aos materiais que apresentam os elétrons de valência
rigidamente ligados aos seus átomos. Entre os próprios elementos
simples, existem vários que apresentam os elétrons de valência
rigidamente ligados aos átomos. Entretanto, verifica-se que se consegue
uma resistividade muito maior com substâncias compostas, como é o caso
da borracha, mica, teflon, baquelite etc. (é mais ou menos intuitivo que
os átomos se combinam, formando estruturas complexas, os elétrons ficam
mais fortemente ligados a estas estruturas)
A resistividade dos semicondutores
Todo material, seja ele isolante ou
condutor apresenta uma resistividade, ou seja, resistência ao fluxo de
corrente. Essa resistividade é o oposto da condutividade: quanto maior a
resistividade, menor a condutividade.
Usa-se o termo resistividade quando
se quer comparar níveis de resistência dos materiais. A unidade de
resistividade de um material é o ohm-m ou ohm-cm.
Semicondutores
Assim como existem materiais
condutores e materiais isolantes, existe um tipo de material que é um
meio termo entre esses dois primeiros. Esse material é o semicondutor.
O semicondutor, portanto, possui um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e um condutor.
Os materiais semicondutores mais
usados na indústria eletrônica são o Germânio (Ge) e o Silício (Si),
apesar do Silício predominar a produção atualmente. Seu comportamento se
deve à sua ligação química, chamada ligação covalente (por compartilhar
elétrons).
Cada átomo do silício se liga a
quatro átomos vizinhos através da ligação covalente, ou seja, pares de
elétrons (da última camada do Si) são compartilhados entre dois átomos.
Os elétrons das camadas internas giram em torno do núcleo.
Um fato importante é que tanto o
germânio como o silício apresentam exatamente o mesmo tipo de estrutura
que o diamante, variando apenas a dimensão (constante da rede).
Nenhum comentário:
Postar um comentário