Uma junção p-n é preparada a partir de GaAs dopado primeiramente com Se (Se substituindo o As) e em seguida o sólido é aquecido em atmosfera de Zn , o qual substitui o Ga . A fórmula para os sólidos, semicondutores, seria GaAs
Se
e Ga
AsZn
. Desenhe o diagrama de bandas para um metal e para cada um dos dois semicondutores. Classifique os semicondutores quanto aos tipos
ou
.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você tem um exercício sobre junção p-n usando semicondutores de GaAs dopados com Se e Zn. A matéria aqui é sobre semicondutores, doping (ou dopagem) e diagramas de bandas. Vamos precisar entender como esses dopantes (Se e Zn) afetam o tipo do semicondutor (p ou n) e como desenhar os diagramas de bandas para cada material.
Passo 2
Primeiro, vamos entender os materiais envolvidos. Temos dois semicondutores:
-
GaAs
Se : Aqui, o Selênio (Se) está substituindo o Arsênio (As) no GaAs. O Se é um elemento do grupo 16 da tabela periódica, assim como o As. -
Ga
AsZn : Nesse caso, o Zinco (Zn) está substituindo o Gálio (Ga) no GaAs. O Zn pertence ao grupo 12.
Passo 3
Agora, vamos falar sobre dopagem. Dopagem é o processo de adicionar impurezas a um semicondutor para alterar suas propriedades elétricas. Dependendo do dopante, o semicondutor pode se tornar:
- Tipo n: Ganha elétrons extras (elétrons livres) que facilitam a condução elétrica.
- Tipo p: Cria “lacunas” onde faltam elétrons, funcionando como cargas positivas.
Passo 4
Vamos ver cada dopante:
-
Se substituindo As em GaAs
Se : - Tanto Se quanto As são do grupo 16.
- Como Se e As têm o mesmo número de elétrons de valência, a substituição não cria excesso de elétrons nem lacunas.
- Portanto, essa dopagem não altera significativamente o tipo do semicondutor. Ele continua sendo intrínseco (sem tipo p ou n definido).
-
Zn substituindo Ga em Ga
AsZn : - Ga está no grupo 13, enquanto Zn está no grupo 12.
- Zn tem um elétron a menos que Ga.
- Isso cria lacunas no material, já que há menos elétrons disponíveis.
- Então, essa dopagem transforma o semicondutor em tipo p.
Passo 5
Agora, vamos falar sobre os diagramas de bandas. Um diagrama de bandas mostra a estrutura de energia dos elétrons em um material. Ele inclui:
- Banda de valência (BV): Onde os elétrons estão ligados aos átomos.
- Banda de condução (BC): Onde os elétrons podem se mover livremente, conduzindo eletricidade.
- Fermi: Nível de energia que indica a distribuição dos elétrons.
Para cada material:
-
Metal:
- Os metais têm bandas de condução e valência que se sobrepõem.
- Os elétrons podem se mover facilmente, por isso os metais são bons condutores.
-
GaAs
Se (intrínseco): - Como é intrínseco, o Fermi está aproximadamente no meio da banda proibida (diferença entre BV e BC).
- Ele não tem excesso de elétrons nem lacunas.
-
Ga
AsZn (tipo p): - A dopagem com Zn cria lacunas.
- O Fermi se desloca para mais próximo da banda de valência.
- Isso facilita a movimentação das lacunas, aumentando a condução.
Passo 6
Resumindo:
- GaAs
Se : Continua intrínseco (sem tipo p ou n definido). - Ga
AsZn : Tornou-se tipo p devido à dopagem com Zn. - Metal: Apresenta bandas sobrepostas com boa condução elétrica.
Resposta
Desenhando os diagramas de bandas, temos:
- Metal: Bandas de condução e valência sobrepostas, facilitando a condução.
- GaAs
Se : Diagrama similar ao GaAs intrínseco, com Fermi no meio da banda proibida. - Ga
AsZn : Fermi deslocado para a banda de valência, caracterizando um semicondutor tipo p.
Portanto, Ga
AsZn
é um semicondutor tipo p, enquanto GaAs
Se
permanece intrínseco.