E2 Portadores de carga: elétrons e buracos

Tópico

A densidade efetiva de estados na banda de condução deste material semicondutor, juntamente com a densidade efetiva de estados em sua banda de valência e o gap de energia estabelecido por outro modelo entre essas duas bandas, determinam a concentração intrínseca de portadores de carga neste material semicondutor não dopado. A energia térmica disponível na temperatura deste material semicondutor excita, através desse mesmo gap de energia, um número de elétrons da banda de valência para a banda de condução. É esse número de elétrons excitados, distribuídos entre essas duas densidades efetivas de estados disponíveis, que determina essa concentração intrínseca de portadores de carga. Um gap de energia maior neste material semicondutor significa que, na mesma temperatura, menos elétrons são excitados através dele e, consequentemente, essa concentração intrínseca de portadores de carga é menor.

Essa mesma concentração intrínseca de portadores de carga determina o comportamento deste material semicondutor não dopado: cada elétron excitado por essa energia térmica da banda de valência para a banda de condução deixa uma lacuna em sua posição anterior dentro da banda de valência. Assim, este material semicondutor não dopado sempre contém o mesmo número de elétrons livres na banda de condução e de lacunas na banda de valência, ambos iguais a essa mesma concentração intrínseca de portadores de carga. Uma temperatura mais alta neste material semicondutor resulta em uma maior concentração intrínseca de portadores de carga, com mais elétrons excitados através da banda proibida. Consequentemente, tanto o número de elétrons livres quanto o de lacunas aumentam proporcionalmente.

Portanto, este modelo, com a concentração intrínseca de portadores de carga e esses elétrons livres e lacunas em números iguais com os quais foi aberto, faz com que essa mesma concentração intrínseca de portadores de carga apareça em todas as leis de ação de massa subsequentes descritas por outros modelos deste conjunto: o produto entre a concentração de elétrons livres e a concentração de lacunas deste material semicondutor permanece fixo, em equilíbrio térmico e a essa mesma temperatura, no quadrado dessa concentração intrínseca de portadores de carga, mesmo quando esse mesmo material semicondutor deixa de ser não dopado e a dopagem descrita em mais detalhes por outro modelo diferente deste conjunto eleva a concentração de um desses dois tipos de portadores de carga bem acima dessa concentração intrínseca. O fato de essa dopagem deslocar a concentração de elétrons livres ou a concentração de lacunas muito acima dessa concentração intrínseca de portadores de carga significa que, de acordo com essa mesma lei da ação das massas, a concentração do outro tipo de portador de carga cai, consequentemente, muito abaixo dela, mantendo sempre fixo esse mesmo produto nesse quadrado da concentração intrínseca com a qual este modelo foi aberto.

ID:4496