Em geral, os semicondutores são materiais, inorgânicos ou orgânicos, que têm a capacidade de controlar sua condução, dependendo da estrutura química, temperatura, iluminação e presença de dopantes. O nome semicondutor vem do fato de que esses materiais têm uma condutividade elétrica entre a de um metal, como cobre, ouro, etc. e um isolador, como o vidro. Eles têm um gap de energia menor que 4eV (cerca de 1eV). Na física do estado sólido, esse gap de energia ou gap de banda é um intervalo de energia entre a banda de valência e a banda de condução, onde os estados de elétrons são proibidos. Ao contrário dos condutores, os elétrons em um semicondutor devem obter energia (por exemplo, a partir de radiação ionizante) para atravessar a folga da banda e alcançar a banda de condução.
Excitação óptica e térmica em semicondutores
A energia para a excitação pode ser obtida de diferentes maneiras.
Excitação Térmica
Pares de elétron-buraco também são constantemente gerados a partir de energia térmica, na ausência de qualquer fonte de energia externa. A excitação térmica não requer nenhuma outra forma de impulso inicial. Este fenômeno ocorre também à temperatura ambiente. É causada por impurezas, irregularidades na estrutura ou dopante. Depende fortemente do intervalo E (uma distância entre a valência e a banda de condução), de modo que, no intervalo E mais baixoum número de transportadores de carga excitados termicamente aumenta. Como a excitação térmica resulta no ruído do detector, é necessário um resfriamento ativo para alguns tipos de semicondutores (por exemplo, germânio). Os detectores baseados em silício têm ruído suficientemente baixo, mesmo em temperatura ambiente. Isso é causado pelo grande intervalo de banda de silício (Egap = 1,12 eV), que nos permite operar o detector à temperatura ambiente, mas o resfriamento é preferido para reduzir o ruído.
Excitação óptica
Observe que a energia de um único fóton de espectro de luz visível é comparável a essas lacunas de banda. Fótons de comprimento de onda 700 nm – 400 nm têm energias de 1,77 eV 3,10 eV. Como resultado, também a luz visível é capaz de excitar elétrons na banda de condução. Na verdade, esse é o princípio dos painéis fotovoltaicos que geram corrente elétrica.