O que é um semicondutor?

Um semicondutor é um material que possui certas propriedades únicas na maneira como reage à corrente elétrica. É um material que possui resistência muito menor ao fluxo de corrente elétrica em uma direção do que em outra. A condutividade elétrica de um semicondutor está entre a de um bom condutor (como cobre) e a de um isolador (como borracha). Daí, o nome semicondutor. Um semicondutor também é um material cuja condutividade elétrica pode ser alterada (chamada de doping) através de variações de temperatura, campos aplicados ou adição de impurezas.

Enquanto um semicondutor não é uma invenção e ninguém inventou o semicondutor, existem muitas invenções que são dispositivos semicondutores. A descoberta de materiais semicondutores permitiu avanços tremendos e importantes no campo da eletrônica. Precisávamos de semicondutores para a miniaturização de computadores e peças de computadores. Precisávamos de semicondutores para a fabricação de peças eletrônicas como diodos, transistores e muitos células fotovoltaicas.

Os materiais semicondutores incluem os elementos silício e germânio e os compostos arseneto de gálio, sulfeto de chumbo ou fosfeto de índio. Existem muitos outros semicondutores. Até certos plásticos podem ser semicondutores, permitindo diodos plásticos emissores de luz (LEDs) que são flexíveis e podem ser moldados para qualquer forma desejada.

De acordo com o Dr. Ken Mellendorf em Newton's Ask a Scientist:

'Doping' é um procedimento que prepara semicondutores como silício e germânio para uso em diodos e transistores. Os semicondutores em sua forma não dopada são na verdade isoladores elétricos que não isolam muito bem. Eles formam um padrão de cristal onde cada elétron tem um lugar definido. A maioria dos materiais semicondutores possui quatro elétrons de valência, quatro elétrons na camada externa. Ao colocar um ou dois por cento dos átomos com cinco elétrons de valência, como o arsênico, com um semicondutor de quatro elétrons de valência, como o silício, algo interessante acontece. Não há átomos de arsênico suficientes para afetar a estrutura geral dos cristais. Quatro dos cinco elétrons são usados ​​no mesmo padrão do silício. O quinto átomo não se encaixa bem na estrutura. Ainda prefere ficar perto do átomo de arsênico, mas não é segurado com força. É muito fácil soltá-lo e enviá-lo pelo material. Um semicondutor dopado é muito mais parecido com um condutor do que um semicondutor não dopado. Você também pode dopar um semicondutor com um átomo de três elétrons, como o alumínio. O alumínio se encaixa na estrutura de cristal, mas agora falta um elétron na estrutura. Isso é chamado de buraco. Fazer um elétron vizinho se mover para dentro do buraco é como fazer o buraco se mover. Colocar um semicondutor dopado com elétrons (tipo n) com um semicondutor dopado com orifícios (tipo p) cria um diodo. Outras combinações criam dispositivos como transistores.

O termo "semicondutor" foi usado pela primeira vez por Alessandro Volta em 1782.

Michael Faraday foi a primeira pessoa a observar um efeito semicondutor em 1833. Faraday observou que a resistência elétrica do sulfeto de prata diminuiu com a temperatura. Em 1874, Karl Braun descobriu e documentou o primeiro efeito do diodo semicondutor. Braun observou que a corrente flui livremente em apenas uma direção no contato entre um ponto de metal e um cristal de galena.

Em 1901, o primeiro dispositivo semicondutor, chamado "bigodes de gatos", foi patenteado. O dispositivo foi inventado por Jagadis Chandra Bose. O bigode de gato era um retificador de semicondutor de contato pontual usado para detectar ondas de rádio.

Um transistor é um dispositivo composto de material semicondutor. John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley co-inventaram o transistor em 1947 no Bell Labs.

• Laboratório Nacional de Argonne. "NEWTON - pergunte a um cientista." Internet Archive, 27 de fevereiro de 2015.