NOÇÕES BÁSICAS SOBRE SEMICONDUTORES - Parte I

 Para se conseguir compreender o funcionamento de um Transístor ou de
um Díodo semicondutor é necessário possuir algumas noções básicas so-
bre os princípios físicos que regem os átomos dos elementos semiconduto-
res. Não tenho a intenção de dissecar aqui profundamente este assunto,
mas sim de lhe fornecer um conjunto de princípios e leis fundamentais, es-
senciais para a compreensão dos fenómenos electrónicos num dispositi-
vo semicondutor.


A CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA


Para ficar com uma ideia clara sobre a estrutura da matéria, imagine que vai
realizar a seguinte experiência: Dispõe de um litro de água e vai fraccioná-lo
em dez partes iguais. Evidentemente que, para cada uma destas partes, as
características que definem a água se mantêm, ou seja, todas as suas pro-
priedades, tais como o ponto de ebulição, o peso específico, a densidade ou
o ponto de congelação, entre outras, permanecem inalteráveis. Se fosse-
mos dividir sucessiva é continuamente cada uma da fracções obtidas em
10 novas porções, chegaria um momento em que nos seria impossível
fraccionar mais sem alterar profundamente essas propriedades. Neste pon-
to da experiência poder-se-ia concluir que se tinha conseguido isolar uma
molécula de água. 
É evidente que tudo isto é imaginário pois, como sabe,
uma molécula de água (como todas as moléculas de qualquer substância) é
tão pequena que é impossível vê-la, mesmo com o mais potente e sofisti-
cado microscópio.

Define-se molécula de uma determinada substância como a mais peque-
na porção dessa substância que ainda mantém inalteradas todas as suas pro-
priedades características. Contudo, cada molécula de água é ainda com-
posta pela associação de 3 partículas distintas. Estas partículas apresen-
tam, isoladamente, propriedades distintas da água e são designadas por
átomos. 
No caso da água, uma molécula é composta por dois átomos de
Hidrogénio (H) e um átomo de Oxigénio (O). O Hidrogénio e o Oxigénio são
elementos puros, isto é, as suas moléculas são compostas exclusivamente
por átomos do mesmo tipo. 
A título de curiosidade, refira-se que já foram detectados na natureza ou criados artificialmente 103 elementos puros diferentes. As moléculas de todas as restantes substâncias que conhecemos, quer sejam inorgânicas ou orgânicas, são 
formadas por associações de átomos destes elementos.

Se conseguíssemos dividir uma de-
terminada porção de água até à sua fracção
mais ínfima, obter-se-ia uma molécula. Se sepa-
rássemos os elementos que constituem essa
molécula, restariam um conjunto de átomos iso-
lados.

O átomo é a parte mais pequena de um elemento e é formado por um nú-
cleo, com uma carga eléctrica positiva, em redor do qual gravitam os elec-
trões, com uma massa muito inferior e com uma carga eléctrica negativa.
 

Considera-se ainda que o núcleo é constituído por protões, de carga eléc-
trica positiva, e por neutrões, electricamente neutros.

A carga eléctrica positiva do núcleo é compensada pela carga eléctrica ne-
gativa do conjunto de electrões que gravitam à sua volta. Um átomo em equilíbrio

 é electricamente neutro, visto que o número de electrões é idêntico ao número de

 protões. Quando, em determinadas situações, um átomo liberta ou recebe um 

electrão, deixa de estar em equilíbrio, ficando ionizado (ou seja, já não é 

electricamente neutro). Obviamente que, se perde um electrão fica carregado

 positivamente, ao passo que se o ganha fica carregado negativamente.

Como já dissemos, a massa de um electrão é muito menor que a de um
protão (cerca de 1837 vezes inferior) e, por isso, este apresenta uma inércia
muito superior. Deste modo, os electrões são as partículas móveis de um
átomo e podem girar em torno do núcleo, descrevendo órbitas, ou sair des-
tas, quebrando as forças de ligação em relação aos protões do núcleo
(electrões/livres).