Neste artigo, veremos um pouco sobre Dispositivos Semicondutores em geral, o que são alguns tipos de dispositivos semicondutores comumente conhecidos e muitos outros aspectos de Semicondutores.
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Introdução
Nos últimos 70 anos, os semicondutores tornaram-se um elemento crucial na fabricação de eletrônicos. Desde a invenção do Transistor, o mundo da eletrônica sempre esteve em uma curva exponencial em termos de pesquisa, desenvolvimento, fabricação, criando novos dispositivos e tecnologias.
Dispositivos eletrônicos são tudo sobre o manuseio de informações, ou seja, transmissão de alta velocidade, aquisição e processamento em campos da indústria e manufatura, comunicações, artes, medicina e até mesmo na guerra.
Mas tudo isso pode ser discado de volta ao coração da eletrônica moderna e sua fabricação: Semicondutores.
Embora um sistema electrónico seja fabricado com a ajuda de metais, isoladores e semicondutores (mais sobre estes mais tarde), os semicondutores são considerados a espinha dorsal da electrónica.
O que é um Semicondutor?
Antes de entrar na discussão sobre diferentes tipos de Dispositivos Semicondutores, é essencial ter uma ideia sobre o que é um semicondutor.
Semicondutores são materiais que não são condutores nem isoladores. Expandindo um pouco mais sobre isto, os materiais são classificados em Condutores, Isoladores e Semicondutores com base na sua capacidade de conduzir electricidade.
Condutores são materiais com muito boa capacidade de transporte de electricidade. Normalmente os metais têm boa condutividade eléctrica e pode encontrar cobre ou alumínio na cablagem eléctrica da sua casa.
Pelo contrário, os Isoladores são materiais com muito má condutividade eléctrica. Vidro, madeira e papel são bons exemplos de Isoladores.
Agora vamos falar sobre a importante categoria de material para a nossa discussão, ou seja, os semicondutores. À temperatura ambiente, Semicondutores são materiais com menor condutividade elétrica do que Condutores, mas com maior condutividade elétrica do que Isoladores.
NOTE: Para um entendimento mais detalhado sobre semicondutores, você tem que se aprofundar na complicada mecânica quântica, que está “certamente” fora do escopo desta discussão.
Materiais semicondutores
Fala em termos de condutividade elétrica com unidades de Ω-1 cm-1, materiais semicondutores são aqueles com condutividade elétrica entre 10-9 Ω-1 cm-1 e 102 Ω-1 cm-1.
Tradicionalmente, elementos do grupo IV como Silício (Si) e Germânio (Ge) são considerados os Materiais Semicondutores Elementares, ou seja, semicondutores com apenas uma espécie de átomo.
Existem outros tipos de materiais semicondutores que podem ser formados pela combinação de elementos do grupo III com elementos do grupo V e são conhecidos como Semicondutores Compostos. O arsenieto de gálio (GaAs) é o material semicondutor mais conhecido nesta categoria e, na verdade, é o segundo material semicondutor mais comumente utilizado, o Silício.
O que são Semicondutores?
Em palavras simples, Dispositivos semicondutores são um tipo de componentes eletrônicos que projetaram, desenvolveram e fabricaram com base nos materiais semicondutores como Silício (Si), Germanium (Ge) e Arsenídeo de Gálio (GaAs).
Desde a sua utilização no final dos anos 40 (ou início dos anos 50), os semicondutores tornaram-se o principal material na fabricação de componentes electrónicos e suas variantes como a optoelectrónica e a termoelectrónica.
Antes da utilização de materiais semicondutores em dispositivos electrónicos, foram utilizados tubos de vácuo para o desenho de componentes electrónicos. A principal diferença entre tubos de vácuo e dispositivos semicondutores é que em tubos de vácuo, a condução de elétrons ocorre em estado gasoso, enquanto que no caso de dispositivos semicondutores, acontece em “estado sólido”.
Dispositivos semicondutores podem ser encontrados tanto como dispositivos de componentes discretos quanto como circuitos integrados.
Por que Semicondutores?
A principal razão para usar Dispositivos Semicondutores (e consequentemente os Materiais Semicondutores subjacentes) na fabricação de dispositivos eletrônicos e componentes é a capacidade de manipular facilmente sua condutividade de portadores de carga, ou seja, elétrons e furos.
Como mencionado anteriormente, a condutividade elétrica de materiais semicondutores encontra-se entre a de condutores e isoladores. Mesmo esta condutividade pode ser ainda controlada por fatores externos ou internos como campo elétrico, campo magnético, luz, temperatura e distorção mecânica.
Ignorando os fatores externos como temperatura e luz por enquanto, um processo chamado Doping é geralmente realizado para os materiais semicondutores, onde uma impureza é introduzida em sua estrutura para alterar as propriedades estruturais e elétricas.
Um semicondutor puro é conhecido como Semicondutor Intrínseco enquanto um semicondutor impuro ou dopado é conhecido como Semicondutor Extrínseco.
Quando o número de elétrons livres na estrutura do semicondutor é aumentado após o doping, o semicondutor é conhecido como semicondutor do tipo n. Da mesma forma, se os furos forem aumentados, é conhecido como semicondutor tipo p.
Diferentes tipos de dispositivos semicondutores
O que se segue é uma pequena lista de alguns dos dispositivos semicondutores comumente usados. Com base na estrutura física do dispositivo, a seguinte lista é categorizada em Dispositivos de Dois Terminais e Dispositivos de Três Terminais.
Dois…Dispositivos semicondutores terminais
- Díodo
- Díodo Schottky
- Díodo emissor de luz (LED)
- DIAC
- Díodo Zener
- Díodo Fotográfico (Transistor Fotográfico)
- Díodo NIF
- Díodo Laser
- Diodo Túnel
- Célula Fotográfica
- Célula Solar
- Diodo Pistola
- DiodoIMPATT
- Diodo TVS (Diodo de supressão de tensão transiente)
- VCSEL (Laser de Emissão de Superfície de Cavidade Vertical)
Três.Dispositivos semicondutores terminais
- Transistor bipolar
- Transistor de efeito de campo
- Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
- Darlington Transistor
- Retificador controlado por silício (SCR)
- TRIAC
- Thyristor
- Unijunction Transistor
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Também há alguns quatro…semicondutores terminais como Optoacoplador (Photocoupler) e Sensor de efeito Hall.
Para mais informações sobre alguns dos dispositivos semicondutores acima mencionados, leia “Diodo de junção P-N”, “Transistor”, “Tiristor”.
Aplicações de dispositivos semicondutores
Como mencionado anteriormente, os dispositivos semicondutores são a base de quase todos os dispositivos eletrônicos. Algumas das aplicações de dispositivos semicondutores são:
- Transistores são os principais componentes em vários circuitos integrados como Microprocessadores.
- Na verdade, eles são os principais componentes na construção de portas lógicas e outros circuitos digitais.
- Transistores também são usados em circuitos analógicos como amplificadores e osciladores.