Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

valência. A energia do fóton absorvido é ∆E, que é necessariamente maior do que a energia
da lacuna da banda E g . (b) Emissão de um fóton de luz por uma transição direta de elétron
através da lacuna da banda.
O comprimento de onda mínimo para a luz visível λ(min) é de cerca de 0,4µm e
uma vez que c = 3 x 10 8 m/s e h = 4,13 x 10 -15 eV-s, a máxima energia de lacuna de banda
E g (max) para a qual absorção de luz visível é possível é justo
E g (max) = hc/λ(min)
= [(4,13 x 10 -15 eV-s)(3 x 10 8 m/s)]/(4 x 10 -7 m)
= 3,1 eV (21.16a)
Ou, nenhum luz visível é absorvida por materiais não metálicos tendo energias de lacuna de
energia maiores do que cerca de 3,1 eV; esses materiais, se de alta pureza, aparecerão
transparentes e incolores.
Por outro lado, o comprimento de onda máximo para luz visível λ(max) é cerca de
0,7 µm; cálculo da energia de lacuna de banda mínima E g (min) para a qual existe absorção de
luz visível é de acordo com
E g (min) = hc/λ(max)
= (4,13 x 10 -15 eV-s)(3 x 10 8 m/s)/(7 x 10 -7 m) (22.16b)
Este resultado sigifica que toda luz visível é absorvida pelas transições da banda de valência
para a banda de condução para aqueles materiais semicondutores que têm energias de lacuna
de banda menores do que cerca de 1,8 eV; assim esses materiais são opacos. Apenas uma
porção do espectro visível é absorvido por materiais tendo energias de lacuna de banda entre
1,8 e 3,1 eV; consequentemente, esses materiais aparecem coloridos.
Cada material não metálico se torna opaco em algum comprimento de onda, que
depende da magnitude da sua E g . Por exemplo, diamante, tendo uma lacuna de banda de
5,6 eV, é opaco à radiação tendo comprimentos de onda menores do que cerca de 0,22 µm.
Absorção de radiação de luz pode também ocorrer em sólidos dielétricos tendo
lacunas de banda largas, por transições eletrônicas outras que não a da banda de valência para
a banda de condução. Se impurezas ou outros defeitos eletricamente ativos estiverem
presentes, níveis de elétrons dentro da lacuna de banda podem ser introduzidos, tais como os
níveis doador e aceitador (Seção 19.11), exceto que eles se situam mais próximos do centro
da lacuna de banda. Radiação luminosa de comprimentos de onda específicos pode ser
absorvidos como um resultado de transições eletrônicas a partir desses níveis ou para esses
níveis, dentro da lacuna de banda, como ilustrado na Figura 22.6a.
Figura 22.6. (a) Os mecanismos de excitação eletrônica, a partir de um nível de impureza que
se situa dentro da lacuna de banda, por absorção de um fóton de luz. (b) Emissão de dois
fótons envolvendo decaimento eletrônico primeiro para dentro de um estado impureza, e
finalmente para dentro do estado terreno (“ground state”). (c) Geração tanto de um fonon
quanto de um fóton quando um elétron excitado cai primeiro dentro de um nível impureza e
finalmente de volta para o seu estado terreno.