Condutores e Isolantes - Semicondutores

A condutividade elétrica baseia-se no fato de os elétrons da última camada de cada átomo terem facilidade em saltar entre átomos vizinhos (funções de onda comuns).

Para entender melhor o que é um semicondutor, é importante ter claro em mente a idéia de condutor e isolante.

Vamos ver o que acontece quando diferentes materiais são atritados com um tecido de lã e depois aproximados a um outro bastão móvel de vidro previamente eletrizado positivamente.

O plástico move o bastão de vidro. Isso prova que ele, após o atrito, se carrega. O metal, porém, não exerce nenhuma força sobre o vidro. Isso nos mostra que ele não permanece eletrizado.

Através desta experiência, vemos que as cargas fornecidas ao metal (pelo atrito) conseguem fluir por este "escapando" pelo corpo da pessoa que o segura e as cargas fornecidas ao plástico não.

Conclui-se, então, que o metal é um bom condutor de eletricidade, pois deixou as cargas escaparem. E o plástico é um mau condutor pois nele as cargas não se moveram.

Exemplo de condução


Condutores

O que caracteriza o material bom condutor é o fato de os elétrons de valência (por exemplo, o cobre possui um elétron na última camada) estarem fracamente ligados ao átomo, podendo ser facilmente deslocados do mesmo. Ora, consideremos, por exemplo, uma barra de cobre que possui um número extremamente elevado de átomos de cobre e apliquemos uma diferença de potencial entre os extremos desta barra. Os elétrons da camada de valência de todos os átomos facilmente se deslocarão sob a ação do campo elétrico produzido pela diferença de potencial aplicada, originando-se uma corrente elétrica no material.

Outros materiais que possuem uma constituição semelhante à do cobre, com um único elétron na camada de valência, são o ouro e a prata, dois outros excelentes condutores de eletricidade.


Isolantes

Obviamente, os materiais isolantes devem corresponder aos materiais que apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos seus átomos. Entre os próprios elementos simples, existem vários que apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos átomos. Entretanto, verifica-se que se consegue uma resistividade muito maior com substâncias compostas, como é o caso da borracha, mica, teflon, baquelite etc. (é mais ou menos intuitivo que os átomos se combinam, formando estruturas complexas, os elétrons ficam mais fortemente ligados a estas estruturas)


A resistividade dos semicondutores

Todo material, seja ele isolante ou condutor apresenta uma resistividade, ou seja, resistência ao fluxo de corrente. Essa resistividade é o oposto da condutividade: quanto maior a resistividade, menor a condutividade.

Usa-se o termo resistividade quando se quer comparar níveis de resistência dos materiais. A unidade de resistividade de um material é o ohm-m ou ohm-cm. 


Semicondutores

Assim como existem materiais condutores e materiais isolantes, existe um tipo de material que é um meio termo entre esses dois primeiros. Esse material é o semicondutor.

O semicondutor, portanto, possui um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e um condutor.

Os materiais semicondutores mais usados na indústria eletrônica são o Germânio (Ge) e o Silício (Si), apesar do Silício predominar a produção atualmente. Seu comportamento se deve à sua ligação química, chamada ligação covalente (por compartilhar elétrons).

Cada átomo do silício se liga a quatro átomos vizinhos através da ligação covalente, ou seja, pares de elétrons (da última camada do Si) são compartilhados entre dois átomos. Os elétrons das camadas internas giram em torno do núcleo.

Um fato importante é que tanto o germânio como o silício apresentam exatamente o mesmo tipo de estrutura que o diamante, variando apenas a dimensão (constante da rede).

Por: Milton Takeshi


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