O que é um Semicondutor do Tipo N?
O que é um Semicondutor do Tipo N?
Definição de Semicondutor do Tipo N
Um semicondutor do tipo N é definido como um tipo de semicondutor que foi dopado com impurezas pentavalentes para aumentar sua condutividade adicionando elétrons livres.
Antes de entender o que é um semicondutor do tipo N, devemos nos concentrar na ciência atômica básica. Os átomos visam ter oito elétrons em sua órbita mais externa, conhecidos como elétrons de valência. Nem todos os átomos alcançam isso, mas todos buscam atingir essa configuração estável.
Os elétrons na órbita mais externa de um átomo são chamados de elétrons de valência. Se a órbita mais externa de um átomo não tiver oito elétrons, haverá tantas vagas quanto a falta de elétrons na órbita. Essas vagas estão sempre prontas para aceitar elétrons para completar oito elétrons na órbita mais externa do átomo.
Os semicondutores mais comumente usados são silício e germânio. O silício tem 14 elétrons dispostos como 2, 8, 4, enquanto o germânio tem 32 elétrons dispostos como 2, 8, 18, 4. Ambos os semicondutores têm quatro elétrons em sua órbita mais externa, deixando vagas para quatro elétrons adicionais.
Cada um dos quatro elétrons de valência no silício ou germânio forma um vínculo covalente com átomos vizinhos, preenchendo as vagas. Idealmente, todos os elétrons de valência em um cristal de semicondutor estão envolvidos em ligações covalentes, então não deveria haver elétrons livres no cristal.
Mas isso não é o caso real. A zero absoluto Kelvin, não haveria nenhum elétron livre no cristal, mas quando a temperatura aumenta do zero absoluto para a temperatura ambiente, vários elétrons de valência nas ligações são excitados termicamente e saem da ligação, gerando um número de elétrons livres no cristal. Estes elétrons livres causam a condutividade dos materiais semicondutores em qualquer temperatura superior ao zero absoluto.
Há um método de aumentar a condutividade dos semicondutores em qualquer temperatura maior que o zero absoluto. Este método é chamado de doping. Neste método, um semicondutor puro ou intrínseco é dopado com impurezas pentavalentes como antimônio, arsênico e fósforo. Estes átomos de impureza substituem alguns dos átomos de semicondutor no cristal e ocupam suas posições. Como os átomos de impureza têm cinco elétrons de valência na órbita mais externa, quatro deles criarão a ligação covalente com quatro átomos de semicondutor adjacentes.
Um elétron de valência do átomo de impureza não tem a chance de se envolver na ligação covalente e torna-se mais fracamente ligado ao átomo de impureza pai. Na temperatura ambiente, estes elétrons de valência quinto, fracamente ligados, podem sair de suas posições devido à excitação térmica.
Devido a este fenômeno, haverá um número considerável de elétrons livres, mas ainda existem rupturas de ligações covalentes no cristal devido à excitação térmica na temperatura ambiente. Os elétrons livres, além dos elétrons livres criados devido à ruptura de ligações covalentes entre semicondutor e semicondutor e entre semicondutor e impurezas, causam o total de elétrons livres no cristal.
Embora, sempre que um elétron livre seja criado durante a ruptura de uma ligação covalente entre semicondutor e semicondutor, seja criada uma vaga na ligação rompida. Essas vagas são referidas como buracos. Cada um desses buracos é considerado como um equivalente positivo de um elétron negativo, pois é criado devido à falta de um elétron. Aqui, os elétrons são os principais portadores de carga móveis. Em um semicondutor do tipo N, haverá tanto elétrons livres quanto buracos.
Mas o número de buracos é bem menor do que o de elétrons, pois os buracos são criados apenas devido à ruptura da ligação covalente entre semicondutor e semicondutor, enquanto os elétrons livres são criados tanto devido aos elétrons de valência quinto, fracamente ligados, dos átomos de impureza, quanto devido à ruptura das ligações covalentes entre semicondutor e semicondutor.
Portanto, o número de elétrons livres >> o número de buracos em um semicondutor do tipo N. É por isso que os elétrons livres são chamados de portadores majoritários, e os buracos são chamados de portadores minoritários em um semicondutor do tipo N. Como os elétrons carregados negativamente são principalmente responsáveis pela transferência de carga através deste semicondutor, ele é referido como semicondutor do tipo negativo ou tipo N. Embora haja muitos elétrons livres no cristal, ele ainda é eletricamente neutro, pois o número total de prótons e o número total de elétrons são iguais.
