Desenhe as estruturas de banda de um metal, semicondutor e isolante. Quais espécies são responsáveis pela condutividade dos semicondutores? A probabilidade de se encontrar elétrons na banda de condução é maior para valores de band gap maiores ou menores?

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão pede para a gente desenhar as estruturas de banda de um metal, semicondutor e isolante. Além disso, quer saber quais partículas são responsáveis pela condutividade nos semicondutores e se a chance de encontrar elétrons na banda de condução é maior quando o band gap é maior ou menor. Para resolver isso, vamos precisar entender o que são bandas de energia, o que é o band gap e como esses conceitos se aplicam aos diferentes materiais.

Passo 2

Primeiro, vamos entender as bandas de energia. Nos materiais sólidos, os elétrons ocupam níveis de energia que formam bandas chamadas banda de valência (onde os elétrons estão) e banda de condução (onde os elétrons podem se mover livremente, conduzindo eletricidade).

Passo 3

Agora, vamos falar sobre o band gap, que é a diferença de energia entre a banda de valência e a banda de condução. Esse gap determina se o material é um metal, semicondutor ou isolante.

Passo 4

Metais têm bandas de valência que se sobrepõem ou a banda de condução está muito próxima da banda de valência. Isso significa que os elétrons podem se mover facilmente, facilitando a condução elétrica.

Passo 5

Semicondutores têm um band gap pequeno, geralmente entre 0,3 e 1,5 eV. Eles não conduzem eletricidade tão bem quanto os metais, mas a condução pode aumentar com a temperatura ou com a introdução de impurezas (dopagem).

Passo 6

Isolantes têm um band gap grande, geralmente acima de 3 eV. Isso impede que os elétrons passem facilmente para a banda de condução, tornando-os maus condutores de eletricidade.

Passo 7

Nos semicondutores, as espécies responsáveis pela condutividade são principalmente os elétrons livres na banda de condução e as lacunas (buracos deixados na banda de valência quando um elétron é promovido para a banda de condução).

Passo 8

Sobre a probabilidade de encontrar elétrons na banda de condução, ela é maior quando o band gap é menor. Isso porque, com um gap menor, é mais fácil para os elétrons ganharem energia suficiente para saltar para a banda de condução.

Resposta

Em resumo, os metais apresentam bandas de energia com sobreposição facilitando a condução, os semicondutores têm um band gap pequeno permitindo alguma condução através de elétrons e lacunas, e os isolantes possuem um band gap grande impedindo a condução. Nos semicondutores, elétrons livres e lacunas são responsáveis pela condutividade. Além disso, a probabilidade de encontrar elétrons na banda de condução aumenta quando o band gap é menor.

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