Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

oro, tendo 3 elétrons de valência, pode substituir um átomo de silício. Isso resulta numa deficiência
de um elétron de valência, ou um buraco associado com o átomo de impureza. (b) O movimento
desse buraco em resposta a um campo elétrico.
Excitações extrínsdecas, nas quais buracos são gerados, podem também ser representadas
usando o modelo de banda. Cada átomo de impureza introduz um nível de energia dentro da lacuna
(“gap”) de banda, acima ainda muito perto do topo da banda de valência (Figura 19.14a).
Imagina-se que um buraco é criado na banda de valência por excitação térmica de um elétron a
partir da banda de valência para dentro do estado deste elétron impureza, como demonstrado na
Figura 19.14b. Com uma tal transição, apenas um portador (“carrier”) é produzido – um buraco na
banda de valência; um elétron livre não é criado nem no nível da impureza nem na banda de
condução. Uma impureza desse tipo é chamada um aceitador (“acceptor”), porque que ela é
capaz de aceitar um elétron a partir da banda de valência, deixando para trás um buraco. Segue-se
que o nível de energia dentro da lacuna (“gap”) de banda introduzida por esse tipo de impureza é
chamado um estado aceitador.
Figura 19.14 (a) Esquema de banda de energia para um nível de impureza aceitadora localizado
dentro da lacuna (“gap”) de banda e justo acima do topo da banda de valência. (b) Excitação de
um elétron no nível do aceitador, deixando para trás um buraco na banda de valência.
Para este tipo de condução extrínseca, buracos estão presentes numa concentração muito
maior do que elétrons (isto é, p >> n ), e sob essas circunstâncias um material é denominado do
tipo-p porque partículas positivamente carregadas são principalmente responsáveis pela condução
elétrica. Naturalmente, buracos são os portadores majoritários e elétrons estão presentes em
concentrações minoritárias. Isso dá origem a uma predominância do segundo termo do lado direito
da Equação 19.13, ou
σ ≅ p \e\ µ h (19.17)
Para semicondutores do tipo-p, o nível de Fermi está posicionado dentro da lacuna de banda e
perto do nível do aceitador.
Semicondutores extrínsecos (tanto do tipo n quando do tipo p) são produzidos a partir de
materiais que são inicialmente de extremamente alta pureza tendo teores totais de impureza da
ordem de 10 -7 at%. Controladas concentrações de doadores específicos ou aceitadores
específicos são então intencionalmente adicionados, usando várias técnicas. Um tal processo de
formação de liga em materiais semicondutores é denominado dopagem.
Em semicondutores extrínsecos, grandes números de portadores de carga (tanto elétrons
quando buracos, dependendo do tipo de impureza) são criados à temperatura ambiente, pela
disponível energia térmica. Como uma consequência, condutibilidades elétricas relativamente altas à
temperatura ambiente são obtidas em semicondutores extrínsecos. A maioria desses materiais são
projetados para uso em dispositivos eletrônicos a serem operadores nas condições ambientes.
PROBLEMA EXEMPLO 19.2
Fósforo é adicionado a silício de alta pureza para dar uma concentração de 10 23 m -3 de