Quais são os diferentes tipos de material semicondutor?
Os semicondutores são componentes essenciais dos dispositivos eletrônicos modernos e, por isso, são um dos elementos fundamentais da tecnologia moderna. Para ser adequada como material semicondutor, uma substância precisa ter condutividade elétrica que fica entre a dos isoladores, que conduzem muito pouca eletricidade, e os condutores, que permitem que a eletricidade flua com muita facilidade. A maioria dos materiais semicondutores são sólidos inorgânicos cristalinos, embora também existam semicondutores feitos de sólidos e líquidos amorfos. Materiais semicondutores comuns incluem silício, arseneto de gálio e nitreto de gálio, embora outros também existam. Além desses materiais primários, os semicondutores também costumam conter pequenas quantidades de outras substâncias, conhecidas como dopantes.
A condutividade de um material semicondutor pode ser aumentada sujeitando-a a energia elétrica, campos magnéticos ou outros estímulos que aumentam os níveis de energia dos elétrons do material, fazendo com que alguns deles passem da faixa de valência de baixa energia para a de alta energia, menos banda de condução lotada. Isso permite que os elétrons energizados se movam mais livremente pelo material enquanto criam lacunas carregadas positivamente na faixa de valência chamadas orifícios de elétrons. Isso permite que a eletricidade flua através do semicondutor. Manipulando a condutividade de um semicondutor, ele pode ser usado como um comutador. Os semicondutores também são usados para geração de energia solar e sensores de detecção de luz, porque eles podem produzir um fluxo de corrente elétrica quando adequadamente energizados pelos fótons de luz que chegam.
O material semicondutor mais utilizado é o silício, o 14º elemento na Tabela Periódica e um dos elementos mais comuns na crosta terrestre. A maioria dos semicondutores de silício possui uma estrutura cristalina regular na qual seus átomos estão dispostos, mas também pode ser usado silício não cristalino ou amorfo. Os semicondutores de silício amorfo têm desempenho inferior ao silício cristalino, mas o silício amorfo pode ser depositado em camadas muito mais finas, o que pode diminuir o custo do material.
O próximo material semicondutor mais comum é o arseneto de gálio composto (GaAs). O arseneto de gálio é superior ao silício em vários aspectos, como troca mais rápida e maior resistência ao calor. No entanto, também é mais caro e mais difícil de processar, e geralmente é usado apenas para aplicações nas quais o silício é inadequado. Também sofre de maior consumo de energia. O arseneto de gálio é comumente usado para fins como eletrônicos de alta velocidade e células fotovoltaicas de alta eficiência.
Outro composto de gálio usado para semicondutores é o nitreto de gálio (GaN), que pode funcionar em temperaturas e tensões muito altas e, portanto, é frequentemente usado para aplicações que envolvem microondas. O nitreto de gálio também é usado em diodos emissores de luz (LEDs) e diodos a laser de alta frequência, bem como em alguns radares militares. Também pode ser combinado com outro material semicondutor, o nitreto de índio (InN), para produzir uma mistura chamada nitreto de índio e gálio. O nitreto de índio e gálio é comumente usado em LEDs e também pode ser um material extremamente eficiente para células solares.
Os semicondutores freqüentemente contêm pequenas quantidades de dopantes para alterar suas propriedades condutoras de acordo com sua função. Dopantes comuns no silício incluem os elementos boro, fósforo e arsênico. O arseneto de gálio e o nitreto de gálio dopados com metais como o manganês têm propriedades semicondutoras e ferromagnéticas.