Materiais semicondutores e aplicações materiais

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MATERIAIS
SEMICONDUTORES E
APLICAÇÕES MATERIAIS
APRESENTAÇÃO
Olá!
Os materiais elétricos podem ser classificados de acordo com a sua condu�vidade elétrica
em materiais isolantes, condutores e semicondutores. Os semicondutores são materiais
elétricos cujas caracterís�cas de condu�vidade são intermediárias se comparadas às dos
materiais isolantes - que são maus condutores elétricos, ou seja, materiais de baixa
condu�vidade - e às dos materiais condutores - que são excelentes condutores elétricos,
cujos materiais tem alta condu�vidade elétrica. Na prá�ca, o material semicondutor mais
u�lizado é o Silício. Um dos mo�vos para isso é que o silício é o segundo elemento mais
abundante na natureza, cons�tuindo cerca de 27,7% da crosta terrestre.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai compreender todas as estruturas dos materiais
semicondutores, aprendendo o que é e como é feita a dopagem destes, e será capaz de
relacionar as principais aplicações prá�cas que u�lizam os semicondutores.
Bons estudos.
Ao �nal desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Definir a estrutura dos materiais semicondutores.
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Descrever a dopagem nos materiais semicondutores.
Relacionar as principais aplicações.
DESAFIO
Hoje em dia, os semicondutores são u�lizados em diversas aplicações na indústria. Mas
quando se trata da indústria eletrônica, ele é um material de suma importância e os
disposi�vos semicondutores são u�lizados nos mais diversos �pos de circuitos. A par�r dos
semicondutores �po – P e �po – N, nesse material, são construídos diversos disposi�vos com
aplicações essenciais na indústria. Como exemplo, há os disposi�vos u�lizados na maioria
dos sistemas eletrônicos, entre eles os diodos, os diodos emissores de luz (LED), os
transistores, as células fotovoltaicas, os circuitos Integrados, entre outros.
Você é o responsável pela compra, instalação e bom funcionamento dos equipamentos
eletrônicos de uma grande empresa de telecomunicações. Estão sendo feitos testes em
alguns novos equipamentos de transmissão e, para poder demonstrar que os equipamentos
funcionam sem falhas em qualquer ambiente, o diretor da empresa resolveu apresentar o
aparato para importantes clientes, em campo aberto, onde não há energia elétrica. Como o
equipamento também funciona com bateria de 12 Volts, você teve a idéia de ligá-lo em uma
bateria de carro, uma vez que se trata de uma apresentação muito importante e não pode
acontecer imprevistos, tais como ligar a alimentação do equipamento nas polaridades
inver�das da bateria e queimá-lo.
Para garan�r que o equipamento não seja danificado devido à ligação inver�da da bateria,
você pode u�lizar um componente semicondutor. Diante da situação exposta, indique:
a) Qual componente semicondutor deve ser u�lizado nessa situação? Jus�fique.
b) Como deve ser ligado o componente na bateria para que o equipamento não seja
danificado devido à ligação inver�da?
INFOGRÁFICO

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O diodo é o componente semicondutor construído a par�r da junção dos semicondutores
�po – P e �po – N e, mesmo sendo o componente semicondutor mais simples u�lizado na
indústria, ele é de suma importância em diversas aplicações elétricas e eletrônicas. Uma das
aplicações mais usadas com diodo é a re�ficação de corrente e/ou tensão alternada. Os
re�ficadores são amplamente u�lizados em diversas aplicações como, por exemplo, em
carregadores de celular.
Existem diversas configurações de re�ficadores.Para saber mais sobre algumas delas, acesse
o Infográfico a seguir. 
http://lrq.sagah.com.br/uasdinamicas/uploads/layouts/2120937403_155501013390f5108ff36268cf17602608aea0388312ded2fb.jpg
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CONTEÚDO DO LIVRO
Os materiais elétricos são classificados, se analisada a sua condu�vidade elétrica, em
materiais isolantes, condutores e semicondutores. É possível concluir que os materiais que,
em temperatura ambiente, possuem uma resistência intermediária entre a dos metais e a
dos isolantes, são denominados semicondutores.
Na obra Materiais elétricos, leia o capítulo Materiais semicondutores e aplicações
materiais, base teórica desta Unidade de Aprendizagem, onde você verá mais sobre as
estruturas dos materiais semicondutores e as principais aplicações dadas a esses materiais.
Boa leitura. 
DICA DO PROFESSOR
O componente semicondutor transistor é tão importante que os processadores e
microcontroladores - que são componentes eletrônicos u�lizados em todos os equipamentos
modernos com alta tecnologia, como computadores, celulares, televisões digitais, etc. -
possuem em sua construção milhões de transistores no tamanho na casa de nanômetros.
Nesta Dica do Professor, você vai aprender um pouco mais sobre os transistores. 
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
EXERCÍCIOS
1) O principal processo para possibilitar a u�lização dos materiais semicondutores na
indústria é a dopagem. Qual das alterna�vas explica corretamente esse processo?
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a) É o processo industrial onde se coloca, de maneira controlada, determinadas
impurezas no material semicondutor.
b) É o processo industrial onde se coloca, de maneira controlada, determinadas
quan�dades de elétrons isolantes no material semicondutor.
c) É o processo industrial onde se coloca, de maneira controlada, determinadas
quan�dades de lacunas condutoras no material semicondutor.
d) É o processo industrial onde se purifica o material semicondutor, re�rando de
maneira controlada as impurezas con�das nos átomos.
e) É o processo industrial onde se troca, de maneira controlada, os átomos do silício
pelos átomos do germânio.
2) Os semicondutores são materiais com caracterís�cas intermediárias entre os condutores
e os isolantes, ou seja, necessitam de mais energia que os condutores para os elétrons de
valência passarem para a banda de condução e proporcionam mais corrente elétrica que
os isolantes. Os semicondutores intrínsecos são os semicondutores que:
a) são elementos compostos por impurezas de átomos trivalentes, que ajudam a
isolar a passagem de corrente elétrica.
b) são elementos compostos por impurezas de átomos pentavalentes, que
amplificam a corrente elétrica.
c) são elementos compostos por uma mistura controlada de 70% de Silício e 30% de
Germânio, sempre nessa mesma proporção atômica.
d) são materiais semicondutores sem impurezas, normalmente com quatro elétrons
na úl�ma camada de valência.
e) são elementos ob�dos a par�r do processo de dopagem de semicondutores, que
contam, normalmente, com quatro elétrons na úl�ma camada de valência.
3) Nos materiais semicondutores, os locais onde existe falta de elétron são chamados de
lacunas. Em relação à quan�dade de lacunas nos semicondutores intrínsecos, podemos
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afirmar que: 
a) Em um semicondutor intrínseco, a quan�dade de lacunas é sempre igual ao
número de elétrons do átomo u�lizado no processo de dopagem, pois é ele que
cede seus elétrons ao semicondutor.
b) Em um semicondutor intrínseco, a quan�dade de lacunas é sempre igual ao
número de elétrons covalentes, pois sempre que uma ligação covalente é gerada ou
rompida, um par elétron-lacuna é formado ou destruído no processo.
c) Em um semicondutor intrínseco, a quan�dade de lacunas é sempre igual ao
número de elétrons livres dos átomos pentavalentes das impurezas dopadas no
semicondutor, pois as lacunas são atraídas pelos elétrons.
d) Em um semicondutor intrínseco, a quan�dade de lacunas é sempre muito maior
do que a quan�dade de elétrons, pois as ligações covalentes são geradas pelas
dopagens.
e) Nos semicondutores intrínsecos, sempre há três ou cinco lacunas, de acordo com
o seu �po, que pode ser �po – P ou �po – N.
4) A “ausência de elétron” que encontramos nos semicondutores é chamada de lacuna. A
alterna�va que melhor explica o processo de surgimento dessas lacunas é: 
a) Quando se coloca impurezas trivalentes em um semicondutor pelo processo de
dopagem, 5 elétrons trivalentes aumentam sua energia e ficam livres gerando as
lacunas covalentes.
b) A única maneira de formar as lacunas é por meio da dopagem covalente, que
acrescenta duas impurezas ao material semicondutor, uma trivalente e uma
pentavalente, fazendo assim surgir as lacunas livres.
c) Quando se aumenta a temperatura dos semicondutores, os dois elétrons da
camada de valência se fundem através do processo de dopagem, originando as
lacunas.
d) Quando se coloca impurezas tetravalentes em um semicondutor pelo processo de
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dopagem, 3 elétrons tetravalentes aumentam sua energia e ficam livres, gerando as
lacunas covalentes.
e) Nos semicondutores, quando um elétron passa da banda de valência para a banda
de condução, ficando livre, ocorre uma “ausência de elétron” na ligação covalente de
onde este elétron saiu. Esse local onde estava o elétron na ligação covalente passa a
ficar vazio e essa falta de elétron é chamada de lacuna.
5) O diodo é o componente semicondutor mais simples u�lizado pela indústria e seu
funcionamento está descrito corretamente em qual alterna�va? 
a) O diodo é um componente de alta tecnologia que tem na sua construção milhões
de transistores do �po PNP ou NPN.
b) O diodo é um componente semicondutor que serve para amplificar um sinal, por
meio da passagem de corrente pelas suas três camadas intercaladas de
semicondutor dos �pos P e N.
c) O diodo é um componente semicondutor que bloqueia a passagem de corrente
em apenas um sen�do, permi�ndo a passagem de corrente em outro sen�do,
mediante o rompimento da sua barreira de potencial.
d) O diodo é um componente semicondutor que amplifica as lacunas em apenas um
sen�do, amplificando os elétrons em outro sen�do, mediante o rompimento da sua
barreira de potencial.
e) O diodo é um componente semicondutor do �po fotovoltaico, que gera tensão
elétrica quando exposto à ação de um fluxo luminoso, por meio do aquecimento
solar da barreira de potencial do matéria.
NA PRÁTICA
Os semicondutores estão presentes em pra�camente 100% dos equipamentos eletrônicos
que u�lizamos no nosso dia a dia, por exemplo, os celulares, os computadores, as televisões
analógicas e digitais.
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A seguir, você vai ver alguns exemplos dessas aplicações.
SAIBA +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do
professor:
Fundamentos de engenharia e ciências dos materiais.
Os materiais semicondutores, em suas estruturas, são materiais muito complexos. Você pode
conhecer mais sobre esses materiais lendo o livro a seguir. 
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
Transistor bipolar.
Os transistores são componentes semicondutores que possuem uma grande variação de
�pos. Você pode conhecê-los melhor lendo o material disponível neste site.
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
Minas Gerais implanta moderna fábrica de semicondutores.
A unidade da empresa SIX Semicondutores S.A., que está sendo implantada em Ribeirão das
Neves, na Região Metropolitana de Belo Horizonte é a mais moderna fábrica de
semicondutores do hemisfério sul. O empreendimento demandará inves�mentos da ordem
R$ 1 bilhão, devendo gerar cerca de 300 empregos diretos. Assista ao vídeo a seguir. 
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
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