Semicondutores Intrínsecos e Extrínsecos

Um semicondutor puro conduz apenas através de pares elétron-lacuna gerados termicamente, mas a adição deliberada de impurezas doadoras ou aceitadoras o transforma em material tipo n ou tipo p com condutividade controlável.

Definition

Um semicondutor intrínseco é um cristal puro no qual um número igual de elétrons e lacunas é gerado por excitação térmica através da banda proibida; um semicondutor extrínseco é um dopado com impurezas doadoras ou aceitadoras que criam um excesso de um tipo de portador, tornando-o tipo n ou tipo p.

Scope

Este tópico distingue semicondutores intrínsecos, onde as concentrações de elétrons e lacunas são iguais e determinadas pela excitação térmica através da banda proibida, de semicondutores extrínsecos (dopados), onde impurezas doadoras ou aceitadoras fornecem portadores majoritários. Abrange os níveis rasos de doadores e aceitadores, ionização, os regimes de congelamento (freeze-out), extrínseco e intrínseco de temperatura, e a dependência resultante da concentração de portadores com a temperatura. Ele estabelece os tópicos de estatística de portadores e junções que se seguem.

Core questions

• Como os portadores são criados em um semicondutor puro e por que a concentração intrínseca aumenta acentuadamente com a temperatura?
• Como as impurezas doadoras e aceitadoras produzem material tipo n e tipo p?
• Por que os níveis de energia dos dopantes são rasos e como a ionização varia com a temperatura?
• Quais são os regimes de congelamento (freeze-out), extrínseco e intrínseco da concentração de portadores?

Key concepts

• Concentração intrínseca de portadores
• Impurezas doadoras e aceitadoras
• Material tipo n e tipo p
• Níveis de impurezas rasos e ionização
• Regimes de congelamento (freeze-out), extrínseco e intrínseco

Clinical relevance

A dopagem controlada que distingue o material extrínseco do intrínseco é a base de todos os dispositivos semicondutores; a seleção do tipo e concentração do dopante define a densidade de portadores e a condutividade das regiões que formam diodos, transistores e circuitos integrados.

History

O papel das impurezas na condução de semicondutores foi esclarecido nas décadas de 1930 e 1940, e o desenvolvimento de dopagem controlada e crescimento de monocristais nos Bell Labs no final da década de 1940 e início da década de 1950 tornou possível material tipo n e tipo p reproduzível, permitindo o transistor e a indústria de semicondutores.

Key figures

• William Shockley
• Gordon Teal
• Walter Brattain

Seminal works

• sze2007
• ashcroft1976

Frequently asked questions

O que torna um dopante um doador ou um aceitador?

Um doador possui um elétron de valência a mais do que o átomo hospedeiro que ele substitui, cedendo-o facilmente à banda de condução (tipo n); um aceitador possui um a menos, capturando um elétron da banda de valência e deixando uma lacuna (tipo p).

Por que um semicondutor intrínseco conduz melhor quando aquecido?

O aumento da temperatura fornece a mais elétrons energia suficiente para cruzar a banda proibida, aumentando exponencialmente o número de pares elétron-lacuna disponíveis para transportar corrente, o oposto de um metal cuja condutividade diminui com o aquecimento.