1. Propriedades dos semicondutores
Banda De Energia
um átomo é constituído por um núcleo e electrões que orbitam o núcleo.
os elétrons não podem orbitar o núcleo a qualquer distância no espaço atômico em torno do núcleo, mas apenas certas órbitas muito específicas são permitidas, e só existem em níveis discretos específicos. Estas energias são chamadas níveis de energia. Um grande número de átomos se reúnem para formar um cristal, e interage em um material sólido, então os níveis de energia tornaram-se tão espaçados que formam bandas. Esta é a banda de energia.Metais, Semicondutores e isoladores distinguem-se uns dos outros pelas suas estruturas de banda. Suas estruturas de banda são mostradas na figura abaixo.
em metais, a banda de condução e a banda de Valência vêm muito mais perto uns dos outros e podem até se sobrepor, com a energia de Fermi （eｆ ） em algum lugar dentro. Isso significa que o metal sempre tem elétrons que podem mover-se livremente e, portanto, pode sempre transportar corrente. Tais elétrons são conhecidos como elétrons livres. Estes elétrons livres são responsáveis pela corrente que flui através de um metal.
em Semicondutores e isoladores, a banda de Valência e a banda de condução são separadas por uma abertura de energia proibida（Eg）de largura suficiente, e a energia de Fermi（Eｆ ） está entre a banda de Valência e condução. Para chegar à banda de condução, o elétron tem que ganhar energia suficiente para saltar o intervalo da banda. Uma vez feito isto, pode conduzir.
Em semicondutores à temperatura ambiente, a banda lacuna é menor, não é suficiente energia térmica para permitir que os elétrons para saltar o fosso bastante facilmente e fazer as transições na banda de condução, dada a semicondutor limitado de condutividade. A baixa temperatura, nenhum elétron possui energia suficiente para ocupar a banda de condução e, portanto, nenhum movimento de carga é possível. No ZERO absoluto, semicondutores são isoladores perfeitos, a densidade de elétrons na banda de condução à temperatura ambiente não é tão alta como nos metais, portanto, não pode conduzir a corrente tão boa quanto o metal. A condutividade elétrica do semicondutor não é tão alta quanto o metal, mas também não é tão pobre quanto o isolador elétrico. Por isso, este tipo de material é chamado semicondutor – significa meio condutor.
o intervalo de banda para isoladores é grande por isso muito poucos elétrons podem saltar o intervalo. Portanto, a corrente não flui facilmente em isoladores. A diferença entre isoladores e semicondutores é o tamanho da banda gap energy. Em isolador onde o intervalo proibido é muito grande e, como resultado, a energia necessária pelo elétron para atravessar para a banda de condução é praticamente grande o suficiente. Os isoladores não conduzem electricidade facilmente. Isso significa que a condutividade elétrica do isolador é muito pobre.Cristais semicondutores utilizados para CI, etc. é silício de cristal único de alta pureza de 99.999999999%, mas ao fazer um circuito, impurezas são adicionadas para controlar as propriedades elétricas. Dependendo das impurezas adicionadas, elas se tornam semicondutores do tipo n e do tipo p.
o fósforo pentavalente (P) ou arsénio (As) são adicionados ao silício de elevado grau de pureza para semicondutores do tipo n. Estas impurezas são chamadas dadores. O nível de energia do doador está localizado perto da banda de condução, ou seja, o gap de energia é pequeno. Então, elétrons a este nível de energia são facilmente excitados para a banda de condução e contribuem para a condutividade.Por outro lado, boro trivalente (B), etc. é adicionado ao tipo p semicondutor. Isto é chamado de aceitante. O nível de energia do aceitador está próximo da banda de Valência. Como não há electrões aqui, os electrões na banda de Valência estão excitados aqui. Como resultado, os buracos são formados na banda de Valência, o que contribui para a condutividade.
