Usando a teoria de bandas, desenhe esquematicamente um semicondutor do tipo n e do tipo p e sua junção p-n.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! O enunciado pede para, usando a teoria de bandas, desenhar esquematicamente um semicondutor do tipo n, um do tipo p e a junção p-n. Vamos precisar entender os conceitos de bandas de energia, dopagem com impurezas doadoras e aceitadoras, e como essas diferenças criam a junção p-n. Vamos lá!
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre a teoria de bandas. Em um semicondutor, as elétrons podem ocupar diferentes níveis de energia. As duas principais bandas são a banda de valência (onde os elétrons estão ligados aos átomos) e a banda de condução (onde os elétrons podem se mover livremente, conduzindo eletricidade). A diferença de energia entre essas bandas é chamada de gap (
).
Passo 3
Agora, vamos entender os semicondutores do tipo n e p. Um semicondutor tipo n é obtido ao dopar o material com impurezas que têm mais elétrons de valência do que o semicondutor puro. Esses elétrons extras ficam na banda de condução, aumentando a concentração de portadores negativos (elétrons). Exemplos de dopantes do tipo n são o fósforo ou o arsênio.
Passo 4
Já o semicondutor tipo p é dopado com impurezas que têm menos elétrons de valência, criando “lacunas” na banda de valência. Essas lacunas agem como portadores positivos de carga (
). Dopantes do tipo p comuns são o boro ou o gálio.
Passo 5
Agora vamos desenhar esquematicamente os diagramas de bandas para cada tipo. No semicondutor tipo n, a banda de condução está mais próxima do nível de Fermi (
), que indica o nível de energia onde a probabilidade de ocupação por elétrons é 50%. No tipo n,
está mais próximo da banda de condução. Já no tipo p,
está mais próximo da banda de valência.
Passo 6
Por último, a junção p-n combina os dois tipos de semicondutores. Quando eles são unidos, ocorre a migração de elétrons do tipo n para o tipo p e de lacunas do tipo p para o tipo n. Isso cria uma região de depleção onde as bandas se curvam, estabelecendo uma barreira de potencial que impede mais movimento de cargas. O nível de Fermi se alinha em todo o material, resultando no desvio de bandas na junção.
Resposta
Utilizando a teoria de bandas, desenhamos esquematicamente:
-
Semicondutor tipo n: A banda de condução está próxima do nível de Fermi (
), indicando alta concentração de elétrons na banda de condução. -
Semicondutor tipo p: A banda de valência está próxima do nível de Fermi (
), mostrando uma grande quantidade de lacunas na banda de valência. -
Junção p-n: Ao unir os dois semicondutores, as bandas de energia se curvam na região de junção, formando uma barreira de potencial devido à migração de elétrons e lacunas, estabelecendo a região de depleção.