Dopagem Eletrônica

Por Lilian Souza Pereira
Dopagem eletrônica consiste num procedimento de adição de impurezas químicas a um elemento semicondutor para transformá-lo num elemento mais condutor, porém, de forma controlada.

O conceito de semicondutor intrínseco está relacionado ao cristal que, não-intencionalmente, possui não mais de um átomo de elemento químico estranho para cada um bilhão de átomos do material escolhido. O teor de impureza, neste caso, é chamado 1 ppb, ou uma parte por bilhão. A interferência da impureza não é suficiente par interferir na estabilidade do material, sendo o cristal, portanto, estável.

Por outro lado, o semicondutor dopado possui, intencionalmente, cerca de um átomo de elemento químico desejado (ao contrário do estranho) para cada um milhão de átomos do material escolhido. O teor da impureza é, no semicondutor dopado, 1 ppm, ou uma parte por milhão.

Os semicondutores dopados possuem, aproximadamente, mil vezes mais impurezas do que os semicondutores intrínsecos.

Três elementos comuns na dopagem eletrônica são o carbono, o silício e o germânio. Todos possuem quatro elétrons na camada de valência, o que possibilita que formem cristais já que compartilham seus elétrons com os átomos vizinhos, formando estruturas reticuladas ou cristalinas.

Existem dois tipos de impurezas usadas:

N: ocorre com a adição de fósforo ou arsênico ao silício. Tanto o arsênico quanto o fósforo possuem cinco elétrons na camada de valência. Ocorrem ligações covalentes entre quatro elétrons e um deles fica livre, ou seja, é o chamado elétron livre, que ganha movimento e gera corrente elétrica. O nome N provém da negatividade gerada da carga negativa existente.

P: nesta dopagem, há adição de boro ou gálio ao silício. Ambos possuem três elétrons na camada de valência. Quando são adicionados ao silício criam lacunas, que conduzem corrente e a ausência de um elétron cria uma carga positiva (por isso o nome P).

O nome semicondutor se justifica, uma vez que uma pequena quantidade de dopagem N ou P conduzem de forma razoável, mas não excelente.

O diodo é o semicondutor mais simples e possibilita que uma corrente flua apenas em uma direção.

A junção PN é a estrutura fundamental de semicondutores, especialmente diodos e transistores, geralmente formada com Silício e Germânio e são utilizadas na dopagem eletrônica de metais puros.

A polarização direta PN do Diodo deverá ser realizada com a conexão do pólo positivo da bateria ao anodo (P) do diodo e o pólo negativo ao catodo (N).

Na polarização direta, elétrons livres são cedidos à zona N e elétrons da camada de valência da zona P são atraídos. O diodo polarizado conduz eletricidade.

A polarização inversa PN ocorre se polo negativo da bateria for conectado à P e o pólo positivo à N.

Embora na polarização inversa não devesse haver condução de corrente pelo diodo, a temperatura produzida pela lacuna gera a corrente inversa de saturação. Além dessa, há uma corrente presente na superfície do diodo. É gerada, portanto, a corrente necessária.

O transistor é formado com três camadas (o diodo, como o próprio nome diz, é formado por duas camadas) usando combinações PNP e NPN.

Fontes:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Dopagem_eletrônica
http://www.esru.strath.ac.uk/Courseware/Class-16110/