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SemiCondutores

O QUE SÃO SEMICONDUTORES?

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A física dos semicondutores é o ramo da física que estuda os materiais semicondutores. Fundamenta-se na quantidade de elétrons na camada de valência dos átomos do dispositivo a circular em uma corrente elétrica, e no manuseio de outros tipos de substâncias chamadas de "impurezas" que podem ser do tipo N ou P e que ao serem misturadas com esses átomos alteram o estado de elétrons livres no composto.
De uma maneira geral, semicondutores são sólidos nos quais à temperatura de 0 K (zero Kelvin) seus elétrons preenchem todos os estados disponíveis na banda de energia mais alta, isto é a banda de valência.

HISTÓRIA DOS SEMICONDUTORES. QUEM E COMO FOI DESCOBERTO/CRIADO

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Há 60 anos, a empresa Bell apresentava o transistor, base da revolução da informática. A maioria das informações sobre semicondutores, no entanto, já estava disponível desde 1931.

Logo depois da Segunda Guerra Mundial a norte-americana Bell Telephone Laboratories, ou Bell Labs, companhia com forte tradição de pesquisa básica orientada para tecnologia, decidiu aumentar o investimento para conhecer melhor os semicondutores. Em 1946 foi criado um grupo de física do estado sólido dentro da empresa,que reuniu especialistas de várias áreas. O físico William Shockley formou uma equipe para trabalhar em semicondutores acreditando que o investimento no setor traria avanços significativos para a tecnologia de telecomunicações. Walter Brattain e John Bardeen, também físicos, foram alguns dos talentos atraídos para o projeto. Em 1º de julho de 1948 a Bell anunciava que os três haviam inventado o transistor, dispositivo eletrônico que controla e amplifica sinais elétricos e viria a se tornar base de toda a revolução da informática. "Foi o mais importante invento do século XX", crê Adalberto Fazzio, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, diretor do Centro de Ciências Naturais e Humanas da Universidade Federal do ABC e atual reitor pro tempore da instituição.

Naturalmente, tudo não se passou tão rápido como parece. "Os laboratórios da Bell já faziam pesquisas no campo dos semicondutores bem antes da Segunda Guerra", contou o economista Richard Nelson, da Universidade de Colúmbia, em um ensaio de 1960 sobre o transistor que integra o livro As fontes do crescimento econômico. Semicondutores são elementos isolantes, como germânio e silício, que conduzem eletricidade quando dopados (enriquecidos) com outros elementos, embora não sejam tão bons condutores quanto os metais, como o cobre. Esses materiais, aquecidos, conduzem corrente elétrica mais facilmente que quando frios, o que os diferencia dos metais. Em 1931, Alan H. Wilson publicou um artigo com a maioria das informações necessárias para o entendimento dos semicondutores, mas mal foi notado. Os conceitos foram sendo gradualmente compreendidos.

Nos Bell Labs os objetivos eram claros. A válvula a vácuo inventada por Lee De Forest em 1906 foi um grande avanço, mas se sabia que havia algo melhor do que ela, ainda por vir. "A válvula consumia muita energia, tinha pouca durabilidade, era cara e frágil", diz Fazzio. "A idéia era criar um amplificador de sinais elétricos em estado sólido, ou seja, com semicondutores, já que as propriedades de retificador (que permite a passagem da corrente numa única direção) já eram conhecidas desde o final do século XIX, descobertas por Ferdinand Braun, Nobel de 1909." As motivações dos cientistas eram mais complexas que as da empresa. "Seus interesses intelectuais estavam focalizados quase exclusivamente na criação de mais conhecimento sobre semicondutores. Outros no grupo estavam preocupados tanto com as aplicações quanto com as disciplinas científicas adjacentes", escreveu Richard Nelson.

Uma teoria desenvolvida por John Bardeen em 1947 resolveu de forma efetiva alguns problemas que levaram ao primeiro transistor construído por ele, Brattain e Shockley em dezembro de 1947 e apresentado em julho de 1948. O trabalho principal foi realizado pelos três, mas Richard Nelson frisa em seu ensaio que 13 outras pessoas tiveram participação nas pesquisas. O nome transistor surgiu porque é um resistor (apresenta resistência à eletricidade) que transfere elétron e amplifica sinais. O dispositivo, que nasceu com 1,5 centímetro, foi miniaturizado e se transformou no coração dos circuitos integrados e, conseqüentemente, dos computadores. Shockley (1910-1989), Brattain (1902-1987) e Bardeen (1908-1991) ganharam o Nobel de Física em 1956.

Resumindo ...

Em 1874, Braun descobriu o efeito semicondutor em alguns sulfetos metálicos. Os primeiros elementos estudados foram o sulfeto de chumbo e o sulfeto de ferro. Em 1878 e 1879 David E. Hughes iniciou pesquisas no efeito semicondutor, a princípio como curiosidade, pois foi percebido ao acaso pelo cientista.

Embora Hughes não conhecesse o trabalho de James Clerk Maxwell, descobriu uma maneira de emitir ondas eletromagnéticas a partir de semicondutores. Em função de suas experiências acabou por inventar o detector eletromagnético por efeito semicondutivo, o diodo.

SemiCondutores

COMO FUNCIONAM OS SEMICONDUTORES. ONDE SE APLICAM...

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Os semicondutores têm tido um impacto incrível em nossa sociedade. Eles são encontrados nos chips de microprocessadores e em transistores. Tudo que é computadorizado ou que utiliza ondas de rádio depende de semicondutores.

Atualmente, a maioria dos chips semicondutores e transistores é produzida com sílicio. Você já deve ter ouvido expressões como "Vale do Silício" e "economia do silício", exatamente por isso o silício é o coração de qualquer aparelho eletrônico.

Em sentido horário, de cima para baixo: um chip, um LED

e um transistor são todos feitos de material semicondutor

O diodo é o dispositivo semicondutor mais simples possível e, por isso, um excelente ponto de partida para entender como funcionam os semicondutores. Neste artigo, você aprenderá o que é um semicondutor, como funciona a dopagem e como um diodo pode ser criado utilizando semicondutores.

O silício é um elemento muito comum: ele é o principal elemento na areia e no quartzo, por exemplo. Se você procurar "silício" na tabela periódica (em inglês), verá que ele está ao lado do alumínio, abaixo do carbono e sobre o germânio.

O silício está posicionado ao lado do alumínio

e abaixo do carbono na tabela periódica

O carbono, o silício e o germânio (que assim como o silício, também é um semicondutor) possuem uma propriedade única em sua estrutura de elétrons, cada um possui quatro elétrons em sua órbita mais externa. Isso permite que eles formem bons cristais. Os quatro elétrons formam ligações covalentes perfeitas com quatro átomos vizinhos, criando uma reticulado. No carbono, conhecemos a forma cristalina como diamante. No silício, a forma cristalina é uma substância metálica prateada.

Em um reticulado de silício, todos os átomos do

silício ligam-se perfeitamente a quatro vizinhos,

não deixando nenhum elétron livre para conduzir a

corrente elétrica. Isso torna um cristal de silício

isolante, ao invés de condutor

Metais tendem a ser bons condutores de eletricidade, já que normalmente possuem "eletrons livres", que conseguem se mover facilmente entre os átomos e a eletricidade envolve o fluxo de elétrons. Apesar de os cristais de silício terem aparência metálica, não são, de fato, metálicos. Todos os elétrons externos em um cristal de silício estão envolvidos em ligações covalentes perfeitas, de forma que não podem se mover entros os átomos. Um cristal de silício puro é praticamente um isolante, muito pouca eletricidade passa por ele.

É possível alterar o comportamento do silício e transformá-lo em um condutor dopando-o. Na dopagem, mistura-se uma pequena quantidade de umpurezas a um cristal de silício.

Existem dois tipos de impurezas:
- Tipo N- Na dopagem tipo N, o fósforo (em inglês) ou o arsênico (em inglês) é adicionado ao silício em pequenas quantidades. O fósforo e o arsênico possuem cinco elétrons externos cada um, de forma que ficam fora de posição quando entram no tericulado do silício. O silício tipo ´N é um bom condutor. Os elétrons possuem uma carga negativa, daí o nome tipo N.

FÍSICA

SEMICONDUTORES

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Nomes:

Frabicia Fernanda
Jéssica Dias
Jéssica Tiago
Jomara Dias
Leston Júnio
Lincy Maria
Marcio Júnio
Pamela Gonsálves
Tais Barbosa
Tamires Ribeiro

Professor:

Geraldo Magella

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