O que é transístor?

Parte 4
 

Silício e Germânio são materiais semicondutores. Semicondutor significa quase condutor. Os semicondutores são materiais em um estado intermediário entre os condutores de energia elétrica, como o cobre, alumínio, ouro, prata etc., e os não-condutores, ou isolantes, como a borracha e o vidro, por exemplo.

A energia elétrica nada mais do que o movimento dos elétrons. Para que um elemento seja um bom condutor, portanto, ele precisa ter muitos elétrons livres.

Veja o modelo do átomo. Os elétrons ficam em órbitas ao redor do núcleo. Essas órbitas têm números máximos de elétrons, determinados pela conjunção da força de atração do núcleo, por um lado, e da força centrífuga, causada pela rotação do elétron, de outra . Caso o átomo não tenha a sua última camada totalmente preenchida, ele tende a uma de duas situações: perder os elétrons de sua camada "incompleta" ou capturar elétrons de outro átomo para preencher sua última camada. Como os elétrons da última camada estão mais afastados do núcleo, eles estão sob menor atração desse núcleo; portanto, é mais fácil para eles escapar do átomo. Uma pequena energia é capaz de arrancá-los de suas órbitas. Estando livres, esses elétrons determinam a facilidade de condução de um elemento: quanto menor a energia necessária para arrancar os elétrons de um átomo e, portanto, quanto mais elétrons livres, maior a capacidade de condução de um elemento.

Modelo com átomo com número de elétrons por camada

Uma situação comum é o compartilhamento: ao invés de roubar o elétron de outros átomos, dois átomos compartilham seus elétrons, utilizando-os para preencher sua última camada. Esse compartilhamento é chamado de ligação covalente.

O silício possui 4 elétrons em sua 3ª e última órbita, sendo por isto chamado de tetravalente. Desta forma, cada átomo de silício pode estabelecer até 4 ligações covalentes com outros átomos. Unindo-se entre si desta forma, os átomos de silício formam uma rede cristalina cúbica, semelhante à do diamante, muito estável. O cristal de silício assim formado tem cor cinza escuro, lustrosa.

Rede cristalina do silício

Mas se a eletricidade é o movimento dos elétrons, como pode haver condução elétrica em um elemento onde os elétrons estão todos presos em uma forte estrutura cristalina? Não é difícil. Veja

- o elétron tem carga elétrica negativa;

- suponhamos que um elétron escape do seu átomo. Ele deixa o átomo carregado positivamente (se o átomo perdeu uma carga negativa, ele passa a ter mais carga positiva). Esse átomo recebe o nome de íon e possui uma lacuna, um buraco onde cabe mais um elétron.

- ao encontrar uma lacuna vizinha, um outro elétron tende a deixar sua posição para ocupar a lacuna. Ele então pula para a lacuna, deixando seu lugar livre.

Ocorrendo esse movimento sucessivamente, verifica-se a ocorrência de corrente elétrica. Por convenção, estabeleceu-se que que a condução elétrica se dá, na verdade, pela movimentação das lacunas.

Esse movimento das lacunas também ocorre nos materiais condutores mas, como existem muitos elétrons livres naqueles materiais, o movimento das lacunas é desprezível. Num semicondutor, porém, vimos que, para cada elétron que se liberta, há uma lacuna correspondente. Portanto, o movimento das lacunas é muito importante.

Figura do movimento das lacunas

A descoberta

Semicondutores P e N