NOÇÕES BÁSICAS SOBRE SEMICONDUTORES - Parte III

 ESTRUTURA DOS CRISTAIS SEMICONDUTORES

Já vimos que os elementos semicondutores são tetravalentes (na última
camada possuem 4 electrões).
Também dissemos que a origem da corrente eléctrica num semicondutor
provinha da libertação desses electrões de valência que, tornando-se
electrões livres, "vagueavam" pela estrutura cristalina do elemento. No en-
tanto, isto é só meia verdade...

Os que nunca estudaram semicondutores ficarão bastante surpresos se
lhes dissermos que as correntes eléctricas nestes têm origem em 2 tipos
de portadores de carga: Os portadores de carga eléctrica negativa (electrões
livres) e os portadores de carga eléctrica positiva (lacunas ou buracos). A
sua surpresa provirá de terem ouvido, na escola, que uma corrente eléctrica
era sempre composta pelo movimento das cargas negativas ou electrões.

Isso seria verdade para o caso dos bons condutores. Contudo, os semicondu-
tores têm de ser encarados à luz de uma outra realidade. Portanto, um da-
do desde já assente é o de que, num semicondutor, a corrente é composta
pelo movimento de dois tipos de portadores de carga.

Vamos explicar o que significa o conceito de lacuna ou buraco (porta-
dor de carga eléctrica positiva). Numa ligação covalente, quando um electrão
se liberta, vai ficar como que um lugar vago apto a ser ocupado por um elec-
trão livre proveniente do enlace covalente que lhe estiver mais próximo.

O átomo, ao perder esse electrão, fica ionizado positivamente. Este excesso

de carga positiva é suficiente para atrair um outro electrão e recompor a
anterior ligação covalente. É lógico que se conclua que o lugar vago possa
corresponder ao de uma carga eléctrica fictícia, rigorosamente simétrica à
carga de um electrão (—q). A esta carga é-lhe associada o valor positivo
( + q). Portanto, num semicondutor puro há um número exactamente igual
de electrões livres e de lacunas, já que uns geram os outros, designando-se o
conjunto como par electrão buraco.
 
Podemos afirmar, duma forma muito simplificada e não correspondendo to-
talmente à verdade, que o movimento de cargas eléctricas positivas é origi-
nado pela ocupação (neutralização) de uma lacuna por um electrão livre que
acabou de abandonar (quebrar) uma anterior ligação covalente num outro
átomo. O átomo que acabou de ceder este electrão ficará com uma lacuna,
pelo que atrai um novo electrão livre nas imediações. Isto dá a sensação de
um movimento de lacunas numa direcção contrária à seguida pelos
electrões.

É importante realçar que esta descrição se resume a uma explicação
muito simples de um fenómeno que é bastante mais complexo, visto que o
movimento das lacunas não pode ser encarado, única e exclusivamente, co-
mo uma sucessiva ocupação de lugares vagos pelos electrões livres. Toda-
via, qualitativamente e numa primeira análise, esta ideia é suficiente.

Em conclusão:

Nos mecanismos de condução de um semicondutor, têm que se considerar
a contribuição simultânea dos electrões livres e das lacunas, como portadores
independentes de carga eléctrica de sinal contrário e com o mesmo valor absoluto.  

Esquema simplificado que mostra o
movimento das lacunas ou buracos numa estru-
tura molecular de um cristal semicondutor puro.

 Para aumentar e melhorar o processo de condução eléctrica num semicondutor puro, misturam-se-lhe outros elementos (impurezas) que vão contribuir para o aumento das cargas portadoras. Como vimos, a produção de
electrões livres e de lacunas é feita aos pares, originada pela quebra de uma ligação covalente. Assim, o desaparecimento destes portadores é feito
simultaneamente, pela sua recombinação, que vai provocar uma nova ligação covalente. Estas concentrações de lacunas e electrões livres são bastante alteradas pela introdução de determinado tipo de impurezas no semicondutor (que, por isso, passa a ser designado por extrínseco). Agrupam-se os elementos que se adicionam ao semicondutor em estado puro em duas classes:
 Impurezas dadoras e impurezas aceitadoras.