Um semicondutor extrínseco , ou semicondutor dopado , é um semicondutor que foi dopado intencionalmente com o objetivo de modular suas propriedades elétricas, ópticas e estruturais. No caso de detectores semicondutores de radiação ionizante, o doping é a introdução intencional de impurezas em um semicondutor intrínseco com o objetivo de alterar suas propriedades elétricas. Portanto, os semicondutores intrínsecos também são conhecidos como semicondutores puros ou semicondutores do tipo i.
A adição de uma pequena porcentagem de átomos estranhos na rede cristalina regular de silício ou germânio produz mudanças dramáticas em suas propriedades elétricas, uma vez que esses átomos estranhos incorporados na estrutura cristalina do semicondutor fornecem portadores de carga gratuitos ( elétrons ou orifícios de elétrons ) no semicondutor. Em um semicondutor extrínseco, são esses átomos contaminantes estranhos na estrutura cristalina que fornecem principalmente os portadores de carga que transportam corrente elétrica através do cristal. Em geral, existem dois tipos de átomos contaminantes, resultando em dois tipos de semicondutores extrínsecos. Esses dopantes que produzem as alterações controladas desejadas são classificados como aceitadores ou doadores de elétrons e os semicondutores dopados correspondentes são conhecidos como:
- Semicondutores do tipo n.
- Semicondutores do tipo p.
Portadores de carga em semicondutores extrínsecos
O número de suportes semicondutores puros a certa temperatura é determinado pelas propriedades do próprio material em vez da quantidade de impurezas. Observe que uma amostra de 1 cm 3 de germânio puro a 20 ° C contém cerca de 4,2 × 10 22 átomos, mas também contém cerca de 2,5 x 10 13 elétrons livres e 2,5 x 10 13 orifícios. Esses transportadores de carga são produzidos por excitação térmica . Nos semicondutores intrínsecos, o número de elétrons excitados e o número de orifícios são iguais: n = p. Elétrons e orifícios são criados por excitação de elétrons da banda de valência para a banda de condução. Um buraco de elétron (muitas vezes chamado simplesmente de buraco) é a falta de um elétron em uma posição em que alguém poderia existir em um átomo ou estrutura atômica. Essa igualdade pode até ser o caso após a dopagem do semicondutor, embora apenas se for dopada com doadores e aceitadores da mesma forma. Nesse caso, n = p ainda é válido e o semicondutor permanece intrínseco, embora dopado. A adição de 0,001% de arsênico (uma impureza) doa um extra de 10 17elétrons livres no mesmo volume e a condutividade elétrica é aumentada em um fator de 10.000. No material dopado, a relação sinal / ruído (S / N) seria ainda menor. Como o germânio possui um intervalo de banda relativamente baixo, esses detectores devem ser resfriados para reduzir a geração térmica de portadores de carga (portanto, reverter a corrente de fuga) para um nível aceitável. Caso contrário, o ruído induzido pela corrente de fuga destrói a resolução de energia do detector.
Portadores de carga em semicondutores do tipo n
No semicondutor do tipo n, os elétrons de condução são completamente dominados pelo número de elétrons doadores . Portanto:
O número total de electrões de condução é, aproximadamente, igual ao número de locais dadores, n≈N D .
A neutralidade da carga do material semicondutor é mantida porque os locais doadores excitados equilibram os elétrons de condução. O resultado final é que o número de elétrons de condução é aumentado, enquanto o número de orifícios é reduzido. O desequilíbrio da concentração do portador nas respectivas bandas é expresso pelo diferente número absoluto de elétrons e buracos. Os elétrons são portadores majoritários, enquanto os orifícios são portadores minoritários em material do tipo n.
Portadores de carga em semicondutores do tipo p
No semicondutor do tipo p, o número de orifícios de elétrons é completamente dominado pelo número de locais aceitadores. Portanto:
O número total de orifícios é aproximadamente igual ao número de locais dadores, p ≈ N A .
A neutralidade de carga deste material semicondutor também é mantida. O resultado final é que o número de orifícios de elétrons é aumentado, enquanto o número de elétrons de condução é reduzido. O desequilíbrio da concentração do portador nas respectivas faixas é expresso pelo diferente número absoluto de elétrons e buracos. Os orifícios de elétrons são portadores majoritários , enquanto os elétrons são portadores minoritários em material do tipo p.
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