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 ( Eg).

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 ( h^+). 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 ( EF), que indica o nível de energia onde a probabilidade de ocupação por elétrons é 50%. No tipo n, EF está mais próximo da banda de condução. Já no tipo p, EF 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:
  1. Semicondutor tipo n: A banda de condução está próxima do nível de Fermi ( EF), indicando alta concentração de elétrons na banda de condução.
  2. Semicondutor tipo p: A banda de valência está próxima do nível de Fermi ( EF), mostrando uma grande quantidade de lacunas na banda de valência.
  3. 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.

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