Em química se aprende que, em condições normais, os átomos que possuem 4 elétrons na última camada de valência não são estáveis.
Os semicondutores se enquadram nesse grupo, mas por causa da forma com que agrupam seus átomos (cada átomo fica equidistante e, relação a quatro outros átomos, ou seja, uma estrutura cristalina) eles conseguem alcançar a estabilidade fazendo quatro ligações químicas covalentes, conseguindo 8 elétrons na última camada, e por consequência ficam estáveis quimicamente.
Mas qual são as características dos semicondutores que os tornam tão importantes para a eletrônica?
Os semicondutores formam Bandas de Energia, com as seguintes características:
São formadas bandas, separadas por Lacunas. A última banda é chamada de Banda de Condução. Logo abaixo existe a Banda de Valência, e em baixo as outras camadas. Na temperatua 0K, a banda de condução vai estar totalmente vazia, e a banda de valência totalmente preenchida (Na imagem acima a temperatura está mais elevada).
Quando o material é aquecido, alguns elétrons saem da banda de valência e passam para a banda de condução. Isso somente é possível devido ao ganho de energia no elétron, pois para passar à uma banda superior, deve ter energia o suficiente (representado por ΔE).
Conclusão parcial: Sob temperatura 0K os semicondutores possuem a camada de valência totalmente preenchida e um ΔE relativamente baixo (entre o ΔE dos condutores e dos isolantes), o que possibilita controlar a condutividade deles variando a temperatura.
Dopagem
Como os semicondutores em condições normais apresentam uma condução muito baixa, alguns átomos (num processo muito preciso) são substituidos por impurezas, com a finalidade de aumentar a condutividade.
- Impureza doadora:
Corresponde aos elementos químicos que possuem cinco elétrons na última camada, que se colocados na estrutura do semicondutor, terão quatro elétrons envolvidos em ligações covalentes (sobra um, que fica praticamente livre). O semicondutor dopado com uma impureza doadora é denominado do tipo N.
- Impureza aceitadora:
Corresponde aos elementos químicos que possuem três elétrons na última camada, que se colocados na estrutura do semicondutor, terão três elétrons envolvidos em ligações covalentes (falta um, o que implica na formação de um buraco). O semicondutor dopado com uma impureza aceitadora é denominado do tipo P.
Leia mais sobre dopagem eletrônica.
Esta pequena base teórica possibilita o entendimento de componentes como os diodos e os transistores (veja eletrônica básica).