Você sabe o que são semicondutores? Eles são materiais muito interessantes já que podem mudar o comportamento elétrico de acordo com as condições em que se encontram.
Isso significa que eles podem atuar como isolantes, impedindo a passagem de corrente elétrica, ou como condutores, permitindo que os elétrons se movimentem livremente.
Por conta dessa capacidade de condutividade elétrica, os semicondutores são essenciais para a tecnologia moderna, pois são utilizados na fabricação de inúmeros eletrônicos.
Mas afinal, como os semicondutores funcionam? Quais são os principais tipos de semicondutores? Neste texto, vamos falar tudo sobre eles!
Vamos lá? Então, boa leitura!
O que são semicondutores?
Em síntese, os semicondutores são materiais que possuem uma condutividade elétrica intermediária.
Ou seja, isso significa que eles conseguem atuar como um isolante, impedindo a passagem de corrente elétrica, ou como condutor, permitindo que os elétrons passem.
Essa capacidade de alterar a sua condutividade elétrica depende das condições físicas em que se encontram, como temperatura, pressão, radiação ou campos elétricos e magnéticos.
Os semicondutores são essenciais para eletrônicos modernos, como transistores, diodos, circuitos integrados, chips, placas fotovoltaicas, LEDs e muito mais.
Sua composição é principalmente moldada pelo silício e o germânio, que possuem quatro elétrons na camada de valência.
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Para que servem?
Os semicondutores, em geral, servem para controlar e manipular a corrente elétrica em inúmeros dispositivos eletrônicos.
Eles são capazes de mudar o seu comportamento elétrico de acordo com a sua situação, como temperatura, pressão, radiação ou campos elétricos ou magnéticos.
Por conta de seu funcionamento, eles são fundamentais para o desempenho de aparelhos como smartphones, computadores, videogames, eletrodomésticos e outros.
No entanto, eles também são bastante utilizados na medicina, na comunicação, na segurança, na educação, na ciência e muito mais.
Por exemplo, nos transistores, os semicondutores são utilizados para amplificar ou modular sinais elétricos, permitindo o funcionamento de dispositivos como smartphones e rádios.
Qual a sua importância?
Os semicondutores são essenciais em todos os aspectos da vida moderna, uma vez que são elementos cruciais para a construção de eletrônicos.
Isso porque eles são responsáveis pelo controle de fluxo de elétrons, podendo agir como isolantes ou como condutores.
Portanto, sua versatilidade é o que torna tão cruciais as tecnologias atuais, independente no campo de utilização.
Inclusive, os semicondutores são indispensáveis no campo da energia, uma vez que formam a base dos dispositivos fotovoltaicos, como células solares.
Ou seja, os semicondutores são essenciais para uma sociedade digitalizada, já que impulsionam a inovação, alimentam o progresso tecnológico e promovem a sustentabilidade.
Onde são aplicados os semicondutores?
Agora que você já sabe o que são os semicondutores, está na hora de saber onde eles são aplicados.
Eles são muito utilizados na indústria eletrônica, pois permitem que a corrente elétrica seja conduzida e modulada de acordo com os padrões necessários.
Alguns exemplos de aplicações de semicondutores são:
- Transistores: componentes que amplificam ou interrompem a corrente elétrica em um circuito.
- Circuitos integrados: conjuntos de transistores e outros componentes eletrônicos miniaturizados em uma única peça de material semicondutor.
- Diodos: componentes que permitem a passagem de corrente elétrica em apenas uma direção.
- Células fotovoltaicas: dispositivos que convertem a luz solar em energia elétrica.
- Lasers de estado sólido: dispositivos que emitem luz coerente e intensa a partir de um material semicondutor.
- Sensores ópticos: dispositivos que detectam ou medem a luz ou outras radiações eletromagnéticas.
Para se tornarem condutores, os semicondutores precisam ter seus átomos agrupados, para ganharem estabilidade.
Esse agrupamento acontece quando existem ligações químicas covalentes, onde os átomos passam a ter oito elétrons, tornando-se condutores de eletricidade.
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Como funcionam os semicondutores?
Para entender como funcionam os semicondutores, é necessário conhecer alguns conceitos básicos, como:
- Banda de valência: é a camada mais externa dos átomos, onde se encontram os elétrons que participam das ligações químicas.
- Banda de condução: é a camada vazia logo acima da banda de valência, onde os elétrons podem se mover livremente pelo material, gerando corrente elétrica.
- Gap de energia: é a diferença de energia entre a banda de valência e a banda de condução. Quanto maior o gap, mais difícil é para os elétrons saltarem de uma banda para outra.
- Portadores de carga: são os elétrons livres na banda de condução ou os buracos na banda de valência, que podem transportar carga elétrica pelo material.
Os semicondutores mais comuns, como silício e o germânio, possuem quatro elétrons na camada de valência.
Como dito anteriormente, para se tornarem condutores, precisam ser agrupados para ganhar estabilidade.
No entanto, os semicondutores puros têm baixa condutividade, pois seus elétrons estão todos ligados.
Para aumentar essa condutividade, utiliza-se o processo de dopagem, adicionando impurezas no cristal.
Dessa maneira, é possível controlar a concentração e o tipo de portadores de carga, modificando suas propriedades elétricas.
Quais são exemplos de semicondutores?
Existem diferentes tipos de semicondutores, cada um com suas próprias características e utilizados em diferentes eletrônicos. Vamos conhecê-los? Veja a seguir!
Germânio
O germânio é um elemento químico de símbolo Ge, número atômico 32 e massa atômica 72,64 u. Ele é um semimetal que forma cristais com estruturas semelhantes ao diamante.
Foi o primeiro material utilizado como semicondutor em transistores e diodos, mas foi substituído pelo silício em inúmeras aplicações.
No entanto, ainda é bastante utilizado em detectores de radiação, fibras ópticas e células solares.
Silício
O silício é um elemento químico de símbolo Si, número atômico 14 e massa atômica 28,0855 u. É um metalóide que forma cristais também semelhantes ao diamante.
Na indústria eletrônica, ele é o semicondutor mais utilizado pois tem propriedades elétricas superiores às do germânio e pode ser obtido com alta pureza e baixo custo.
Por isso, o silício é muito utilizado em circuitos integrados, microprocessadores, memórias, sensores, painéis solares e LEDs.
Arsênio
O arsênio é um elemento químico de símbolo As, número atômico 33 e massa atômica 74,92160 u. Também é um metalóide que forma cristais de estrutura romboédrica.
É um elemento tóxico e carcinogênico, que deve ser manuseado com extremo cuidado. Em geral, são usados em semicondutores de tipo N, como o arsenieto de gálio (GaAs).
O arsênio, geralmente, é utilizado em dispositivos de micro-ondas, lasers, fotodetectores e células solares.
Antimônio
Por fim, o antimônio é um elemento químico de símbolo Sb, número atômico 51 e massa atômica 121,760 u.
Considerado um metal, o antimônio forma cristais com estruturas escamosas, além de ser raro e tóxico, que também deve ser manuseado com cuidado.
Ele é utilizado como dopante em semicondutores de tipo P, como antimoneto de índio (InSb), que tem aplicações em dispositivos infravermelhos, termoelétricos e magnéticos.
Conclusão
Os semicondutores são materiais que possuem propriedades elétricas variáveis, dependendo de fatores como temperatura, luz e impurezas.
Como vimos, eles são essenciais para o desenvolvimento da eletrônica moderna, pois permitem a criação de dispositivos que controlam e amplificam a corrente elétrica.
Além disso, os semicondutores têm aplicações em inúmeras áreas, como energia, comunicação, informática, medicina e defesa.
Ou seja, ou semicondutores são materiais de grande importância científica, tecnológica e econômica para o desenvolvimento da sociedade.
A Victor Vision espera que tenha entendido o que são semicondutores! Gostou deste conteúdo? Para mais como este, acesse o blog da Victor Vision!
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