Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

partir do átomo impureza, caso em que ele se torna um elétron livre ou condutor (Figura 19.11b e
19.11c ).
Figura 19.11. Modelo de semicondução extrínseca tipo-n (ligação por elétron). (a) Um átomo de
impureza tal como fósforo, tendo cinco elétrons, pode substituir um átomo de silício. Isso resulta
num elétron de ligação extra, que está ligado ao átomo impureza e orbita ao redor dele. (b)
Excitação para formar elétron livre. (c) O movimento desse elétron livre em resposta a um campo
elétrico.
O estado de energia de um tal elétron pode ser visto do ponto de vista do esquema do
modelo de banda eletrônica. Para cada um dos frouxamente ligados elétrons, existe um único nível
de energia, ou estado de energia, que está localizado dentro da lacuna (“gap”) de banda proibida
justo abaixo da base da banda de condução (Figura 19.12a). A energia de ligação do elétron
corresponde à energia requerida para excitar o elétron a partir de um desses estados de impureza
para um estado dentro da banda de condução. Cada evento de excitação (Figura 19.12b), fornece
ou doa um único elétron à banda de condução; uma impureza desse tipo é apropriadamente
denominada um doador. De vez que cada elétron doador é excitado a partir de um nível de
impureza, nenhum buraco correspondente é criado dentro da banda de valência.
À temperatura ambiente, a energia térmica disponível é suficiente para excitar grandes
números de elétrons a partir de estados doadores; em adição, ocorrem algumas transições
intrínseca de banda de valência-condução, como na Figura 19.6b, mas num grau desprezível. Assim
o número de elétrons na banda de condução excede de longe o número de buracos na banda de
valência (ou n>>p), e o primeiro termo do lado direito da Equação 19.13 domina o segundo
termo; isto é,
σ aproximadamente = n | e | µ e (19.16)
Diz-se que um material deste tipo é um semicondutor extrínseco tipo-n. Os elétrons são os
principais portadores de carga . Para semicondutores do tipo-n, o nível de Fermi é deslocado
para cima na lacuna (“gap”) de banda, para dentro da vizinhança do estado doador; sua posição
exata é uma função tanto da temperatura quanto da concentração de doador.
Semicondução Extrínseca Tipo-p
Um efeito oposto é produzido pela adição de impurezas trivalentes tais como alumínio, boro
e gálio do Grupo IIIA da tabela periódica ao silício ou germânio. Uma das ligações covalentes ao
redor de cada um desses átomos é deficiente em um elétron; uma tal deficiência pode ser vista
como um buraco que está fracamente ligado ao átomo impureza. Esse buraco pode ser liberado a
partir do átomo impureza pela transferência de um elétron a partir de uma ligação adjacente como
ilustrado na Figura 19.13. Em essência, o elétron e o buraco trocam posições. Um buraco em
movimento pode ser considerado como estando num estado excitado e participando do processo
de condução, numa maneira análoga ao do elétron doador excitado, como descrito acima.
Figura 19.13 – Modelo de semicondução extrínseca tipo-p. (a) Um átomo de impureza tal como