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 1-xSe x e Ga 1-xAsZn x. Desenhe o diagrama de bandas para um metal e para cada um dos dois semicondutores. Classifique os semicondutores quanto aos tipos p ou n .

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:
  1. GaAs 1-xSe x: 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.
  2. Ga 1-xAsZn x: 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:
  1. Se substituindo As em GaAs 1-xSe x:
    • 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).
  2. Zn substituindo Ga em Ga 1-xAsZn x:
    • 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:
  1. 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.
  2. GaAs 1-xSe x (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.
  3. Ga 1-xAsZn x (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 1-xSe x: Continua intrínseco (sem tipo p ou n definido).
  • Ga 1-xAsZn x: 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 1-xSe x: Diagrama similar ao GaAs intrínseco, com Fermi no meio da banda proibida.
  • Ga 1-xAsZn x: Fermi deslocado para a banda de valência, caracterizando um semicondutor tipo p.
Portanto, Ga 1-xAsZn x é um semicondutor tipo p, enquanto GaAs 1-xSe x permanece intrínseco.

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