CONDUTORES, ISOLADORES E SEMICONDUTORES
Diz-se que uma determinada substância é electricamente condutora se,
quando se lhe aplica uma diferença de potencial, os electrões deslocam-se li-
vremente produzindo transferências de cargas (corrente eléctrica). Como
exemplo temos o Cobre (Cu), o Ouro (Au), o Ferro (Fe), etc.
Nos casos em que tal não acontece, define-se a substância como isolado-
ra. Estão neste caso, a porcelana, a baquelite, a maioria dos plásticos e re-
sinas sintéticas, a borracha, etc.
quando se lhe aplica uma diferença de potencial, os electrões deslocam-se li-
vremente produzindo transferências de cargas (corrente eléctrica). Como
exemplo temos o Cobre (Cu), o Ouro (Au), o Ferro (Fe), etc.
Nos casos em que tal não acontece, define-se a substância como isolado-
ra. Estão neste caso, a porcelana, a baquelite, a maioria dos plásticos e re-
sinas sintéticas, a borracha, etc.
Todavia, existem outros elementos e substâncias cuja resistência eléctri-
ca se situa entre a dos bons condutores e a dos isoladores. São denomina-
dos por semicondutores, designação oriunda do princípio do século e dada
às substâncias que não se encaixavam na classificação, demasiado rígi-
da, de bons e maus condutores de electricidade. Para estes materiais ve-
rificava-se que a corrente passava ou não passava por razões totalmente
inexplicáveis para a época. Estavam nesta situação elementos como o Se-
lénio ou o Germânio e compostos como o Óxido de Cobre e os Sulfuretos
de Chumbo e de Prata.
Hoje em día, tais fenómenos já não constituem segredo e são eles que es-
tão na base da grande revolução operada na Electrónica. Se analisarmos a
estrutura atómica de um átomo de Germânio (Ge), de Silício (Si) ou de Se-
lénio (Sn) verificamos que têm uma característica comum; Todos possuem 4
electrões de valência, o que implica que cada átomo fique ligado a outros 4
átomos pelos enlaces covalentes dos seus electrões de valência. A valência
é uma propriedade importante dos átomos e indica o número de átomos de
Hidrogénio que se poderiam combinar com os átomos de outro elemento. O
número de electrões da última camada de um átomo (órbita mais afastada)
indica a valência deste.
Voltando aos semicondutores, temos que no estado puro estes elemen-
tos são cristais, pois os átomos ocupam lugares bem definidos e dispõem-
-se a distâncias regulares entre si, constituindo, deste modo, uma rede
cristalina. Os electrões formam uma interligação covalente estabelecendo
assim uma perfeita simetria.
A Covalência, ou ligação com pares de electrões partilhados, é a designação
dada a uma determinada forma de ligação de 2 átomos. Neste tipo de ligação,
os átomos ficam com as respectivas últimas camadas de electrões totalmente
preenchidas por partilharem, simultaneamente, um par de electrões comuns.
O exemplo mais simples é a molécula de hidrogénio, onde dois elec-
trões, pertencendo cada um a um átomo, são postos em comum e formam
uma ligação entre os átomos, cujas camadas de electrões ficam satura-
das.
No estado puro, os átomos destes
cristais apresentam os seus electrões
de valência todos interligados, fican-
do com as últimas camadas completa-
mente preenchidas . Nesta situação,
o cristal comporta-se como se fosse
um isolador, já que não é possível
estabelecer um movimento de
portadores de carga que originasse
uma corrente eléctrica. Contudo, isto
só é verdade para uma temperatura de
zero graus absolutos (correspondente
a - 273,15° centígrados ). A temperatu-
ra ambiente, algumas destas ligações covalentes desfazem-se (visto que a
energia fornecida por essa temperatura é suficiente para libertar alguns dos
electrões de valência, na proporção de 1 para 10 biliões de ligações) o que ori-
gina um movimento de cargas eléctricas no interior do cristal. Todavia, não
é uma corrente significativa, pois não obedece a um movimento ordenado e
orientado de electrões. Em condições normais, não se pode fazer passar
uma corrente através da estrutura cristalina do Germânio ou do Silício pu-
ros, pois é muito estável. Isto deixa de acontecer quando os citados cristais
são submetidos a uma temperatura algo elevada. Neste caso, eles tornam-
-se condutores sob uma tensão eléctrica aplicada. A condução é tanto maior
quanto mais elevada for a temperatura.
O cristal de Germânio é muito mais sensível à temperatura do que o cristal
de Silício. Logo, em igualdade de temperatura e de tensão aplicadas, o Ger-
mânio é mais instável que o Silício.
Quando se aquece um cristal semicondutor, os electrões de valência entram
num estado de agitação que facilita a sua separação das ligações covalentes.
Por outro lado, quando por efeito da tensão eléctrica aplicada a um cristal
semicondutor puro se origina uma corrente eléctrica, esta tem uma inten-
sidade quase insignificante à que se obtém se contivesse determinado tipo
de impurezas. Este assunto será devidamente referido um pouco mais à frente.
São estas características que levam a considerar estes elementos como
semicondutores. No entanto, outras propriedades permitem distinguir os
semicondutores puros (ou intrínsecos) dos bons condutores:
— A resistividade num bom condutor aumenta com a temperatura, en-
quanto que num semicondutor sucede o contrário, pelo que se diz que estes
apresentam um coeficiente de temperatura negativo.
— A incidência da luz num cristal semicondutor vai originar uma corrente eléctrica
(fotocondutividade). Esta característica não se verifica para um bom condutor.
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( Fim da segunda parte )
ca se situa entre a dos bons condutores e a dos isoladores. São denomina-
dos por semicondutores, designação oriunda do princípio do século e dada
às substâncias que não se encaixavam na classificação, demasiado rígi-
da, de bons e maus condutores de electricidade. Para estes materiais ve-
rificava-se que a corrente passava ou não passava por razões totalmente
inexplicáveis para a época. Estavam nesta situação elementos como o Se-
lénio ou o Germânio e compostos como o Óxido de Cobre e os Sulfuretos
de Chumbo e de Prata.
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| Esquemas das estruturas atómicas dos átomos de Silício (Si), Selénio (Sn) e Germânio (Ge). |
Hoje em día, tais fenómenos já não constituem segredo e são eles que es-
tão na base da grande revolução operada na Electrónica. Se analisarmos a
estrutura atómica de um átomo de Germânio (Ge), de Silício (Si) ou de Se-
lénio (Sn) verificamos que têm uma característica comum; Todos possuem 4
electrões de valência, o que implica que cada átomo fique ligado a outros 4
átomos pelos enlaces covalentes dos seus electrões de valência. A valência
é uma propriedade importante dos átomos e indica o número de átomos de
Hidrogénio que se poderiam combinar com os átomos de outro elemento. O
número de electrões da última camada de um átomo (órbita mais afastada)
indica a valência deste.
Voltando aos semicondutores, temos que no estado puro estes elemen-
tos são cristais, pois os átomos ocupam lugares bem definidos e dispõem-
-se a distâncias regulares entre si, constituindo, deste modo, uma rede
cristalina. Os electrões formam uma interligação covalente estabelecendo
assim uma perfeita simetria.
A Covalência, ou ligação com pares de electrões partilhados, é a designação
dada a uma determinada forma de ligação de 2 átomos. Neste tipo de ligação,
os átomos ficam com as respectivas últimas camadas de electrões totalmente
preenchidas por partilharem, simultaneamente, um par de electrões comuns.
O exemplo mais simples é a molécula de hidrogénio, onde dois elec-
trões, pertencendo cada um a um átomo, são postos em comum e formam
uma ligação entre os átomos, cujas camadas de electrões ficam satura-
das.
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| Textura cristalina de um átomo de Silício. |
No estado puro, os átomos destes
cristais apresentam os seus electrões
de valência todos interligados, fican-
do com as últimas camadas completa-
mente preenchidas . Nesta situação,
o cristal comporta-se como se fosse
um isolador, já que não é possível
estabelecer um movimento de
portadores de carga que originasse
uma corrente eléctrica. Contudo, isto
só é verdade para uma temperatura de
zero graus absolutos (correspondente
a - 273,15° centígrados ). A temperatu-
ra ambiente, algumas destas ligações covalentes desfazem-se (visto que a
energia fornecida por essa temperatura é suficiente para libertar alguns dos
electrões de valência, na proporção de 1 para 10 biliões de ligações) o que ori-
gina um movimento de cargas eléctricas no interior do cristal. Todavia, não
é uma corrente significativa, pois não obedece a um movimento ordenado e
orientado de electrões. Em condições normais, não se pode fazer passar
uma corrente através da estrutura cristalina do Germânio ou do Silício pu-
ros, pois é muito estável. Isto deixa de acontecer quando os citados cristais
são submetidos a uma temperatura algo elevada. Neste caso, eles tornam-
-se condutores sob uma tensão eléctrica aplicada. A condução é tanto maior
quanto mais elevada for a temperatura.
O cristal de Germânio é muito mais sensível à temperatura do que o cristal
de Silício. Logo, em igualdade de temperatura e de tensão aplicadas, o Ger-
mânio é mais instável que o Silício.
Quando se aquece um cristal semicondutor, os electrões de valência entram
num estado de agitação que facilita a sua separação das ligações covalentes.
Por outro lado, quando por efeito da tensão eléctrica aplicada a um cristal
semicondutor puro se origina uma corrente eléctrica, esta tem uma inten-
sidade quase insignificante à que se obtém se contivesse determinado tipo
de impurezas. Este assunto será devidamente referido um pouco mais à frente.
São estas características que levam a considerar estes elementos como
semicondutores. No entanto, outras propriedades permitem distinguir os
semicondutores puros (ou intrínsecos) dos bons condutores:
— A resistividade num bom condutor aumenta com a temperatura, en-
quanto que num semicondutor sucede o contrário, pelo que se diz que estes
apresentam um coeficiente de temperatura negativo.
— A incidência da luz num cristal semicondutor vai originar uma corrente eléctrica
(fotocondutividade). Esta característica não se verifica para um bom condutor.
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Esquema das ligações covalentes dos átomos de valência de um semicondutor pu- ro. |
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( Fim da segunda parte )
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