Impurezas Doadoras e Aceptoras em Semicondutores

Definição de Dope

Dope é o processo de adicionar impurezas a um semicondutor para alterar suas propriedades condutivas.

Impurezas Doadoras

As impurezas doadoras são átomos pentavalentes adicionados a semicondutores, contribuindo com elétrons livres extras, criando semicondutores n-type.

Semicondutor N-Type

Quando impurezas n-type ou doadoras são adicionadas a um semicondutor, a lacuna de energia proibida na estrutura cristalina se estreita. Os átomos doadores introduzem novos níveis de energia logo abaixo da banda de condução. Esses níveis são discretos porque os átomos de impureza estão distantes e interagem minimamente. No germânio, a lacuna de energia é de 0,01 eV, e no silício, é de 0,05 eV à temperatura ambiente. Assim, à temperatura ambiente, o quinto elétron dos átomos doadores entra na banda de condução. O aumento no número de elétrons leva a menos furos.

O número de furos por unidade de volume em um semicondutor n-type é ainda menor que o mesmo volume unitário de um semicondutor intrínseco à mesma temperatura. Isso ocorre devido aos elétrons excessivos, e haverá uma taxa mais alta de recombinação de pares elétron-furo do que em um semicondutor puro ou intrínseco.

Semicondutor P-Type

Se, em vez de uma impureza pentavalente, for adicionada uma impureza trivalente ao semicondutor intrínseco, então, em vez de elétrons excessivos, haverá furos excessivos criados no cristal. Quando uma impureza trivalente é adicionada ao cristal de semicondutor, os átomos trivalentes substituirão alguns dos átomos tetravalentes do semicondutor. Os três (3) elétrons de valência do átomo de impureza trivalente farão ligações com três átomos vizinhos de semicondutor. Portanto, haverá a falta de um elétron em uma ligação do quarto átomo vizinho de semicondutor, o que contribui com um furo para o cristal. Como as impurezas trivalentes contribuem com furos excessivos para o cristal de semicondutor, e esses furos podem aceitar elétrons, essas impurezas são referidas como impurezas aceitadoras. Como os furos carregam virtualmente carga positiva, essas impurezas são referidas como impurezas tipo positivo ou p type, e o semicondutor com impurezas p type é chamado de semicondutor p-type.

Adicionar impurezas trivalentes a um semicondutor cria um nível de energia discreto logo acima da banda de valência. A pequena lacuna entre a banda de valência e esse novo nível de energia permite que os elétrons se movam facilmente para o nível superior com uma pequena quantidade de energia externa. Quando um elétron se move para esse novo nível, ele deixa uma vaga, ou furo, na banda de valência.

Quando adicionamos uma impureza n-type ao semicondutor, haverá elétrons excessivos no cristal, mas isso não significa que não haverá furos. Devido à natureza intrínseca do semicondutor à temperatura ambiente, sempre haverá alguns pares elétron-furo no semicondutor. Devido à adição de impurezas n-type, os elétrons serão adicionados a esses pares elétron-furo e também o número de furos será reduzido devido à recombinação excessiva de elétrons. Portanto, o número total de portadores de carga negativa ou elétrons livres será maior que o de furos no semicondutor n-type. Por isso, no semicondutor n-type, os elétrons são chamados de portadores de carga majoritários, enquanto os furos são chamados de portadores de carga minoritários. Da mesma forma, no semicondutor p-type, os furos são chamados de portadores de carga majoritários e os elétrons são chamados de portadores de carga minoritários.

Impurezas Aceitadoras

As impurezas aceitadoras são átomos trivalentes adicionados a semicondutores, criando furos excessivos, formando semicondutores p-type.