Nome: João Baptista Buanga Muya

1) Defina as bandas de energia de uma estrutura cristalina e como elas se formam.

R: Para cada átomo individual existem níveis de energia discreta que pode ser ocupada por elétrons organizados em níveis e subníveis. Os níveis são representados por inteiros (1, 2, 3, etc), e os subníveis por letras (s, p d e f). Para cada um dos subníveis de s, p, d e f, existem, respectivamente, 1, 3, 5 e 7 estados. Quando os átomos se combinam para formar um cristal, a órbita de um elétron sofre a influencia das cargas dos elétrons adjacentes. Como cada elétron tem uma posição diferente dentro do cristal, nenhum vê exatamente a mesma configuração da carga vizinha. Assim a orbita de cada elétron é modificada e os níveis associados às órbitas formam os níveis de energia.

2) Quais os tipos de estrutura de bandas que podem ocorrem nos materiais na temperatura absoluta?

R: As propriedades elétricas de um material sólido são consequências da estrutura de bandas de elétrons. As duas últimas bandas dos átomos são similares, uma é a banda de valência, esta é completamente cheia de elétrons e separada da banda de condução, que na temperatura absoluta se encontra vazia. O espaço que separa essas duas bandas é chamado de banda de energia gap. Para muitos dos materiais puros, os elétrons podem não ter energia suficiente para atravessar essa banda que os separa. As principais diferenças entre as estruturas de materiais estão na largura relativa das bandas de valência, de condução, e na proximidade dessas bandas. Como exemplo temos a figura 1:

(A) Metais, como o cobre: Existe um estado disponível, acima e adjacente ao estado cheio na mesma banda de valência. (B) Metais, como o magnésio: Onde a banda de valência é muito próxima da banda de condução. (C) Materiais Isolantes: A banda de energia gap é relativamente larga. (D) Materiais semicondutores: A estrutura de banda, é assim como a dos isolantes, porém é relativamente estreita, ou simplesmente, as bandas de valência e de condução são mais próximas.

Figura 1. Estruturas de bandas de elétrons em temperatura absoluta .

3) Defina banda proibida.

R: Está entre as bandas de valência e de condução, e as separa, oferecendo uma energia potencial necessária para que os elétrons possam atravessá-la.

4) O que é nível de energia de Fermi. Qual a condição para a formação dos elétrons livres?

R: A energia de Fermi é o estado correspondente ao nível mais alto da camada de valência. Para formar elétrons livres é necessário que a energia potencial do elétron seja maior do que a energia de Fermi, ou seja, é necessário que o elétron consiga sair do nível mais baixo e avance para o nível mais alto, passando pela banda proibida.

5) Por que a primeira e segunda banda forma os condutores e a terceira e quarta os isolantes e semicondutores?

R: A razão de porque alguns materiais são condutores enquanto outros são isolantes está na ocupação e distribuição das bandas. No Na, por exemplo, a banda correspondente ao orbital 3s, que pode abrigar 2 e-, abriga apenas 1. Com isso, há níveis disponíveis na banda para que os e- possam aumentar suas energias ao serem acelerados. Além disso, a banda do orbital 3p está desocupada e coincide parcialmente com o 3s, permitido que os e- passem de uma para outra.

6) O que é banda de condução e banda de valência? R: Banda de valência é uma banda de energia formada por níveis de energia, ocupada por elétrons semi livres, que estão um pouco mais separados do núcleo que os demais. É nesta banda de energia que se acumulam as lacunas eletrônicas ou buracos eletrônicos, após serem criadas no material por processos energéticos, como por exemplo, a incidência de radiação eletromagnética. É nela também que se dá o transporte de lacunas (buracos) sob a influência de campo elétrico aplicado. Esta banda tem energias menores que a banda de condução, onde se dá o transporte dos elétrons. Banda de condução é o intervalo de energias de energia superior à da banda de valência. É nestas energias que se dá a condução elétrica.

7) Defina o que é lacuna. Existe a corrente de lacunas em semicondutores?

TT307 R: Lacuna nada mais é que uma vacância na orbita mais externa que o elétron deixa ao ganhar mais energia elevando-o na camada de valência(uma orbita maior). Um semicondutor oferece dois trajetos para a corrente, um associado a elétrons na banda de condução e outro associado a elétrons na banda de valência. A lacuna atrai um elétron, apenas com uma pequena variação de energia o elétron é atraído para a lacuna, a lacuna inicial então desaparece e uma nova lacuna aparece no lugar do elétron que mudou de posição, essa por sua vez é preenchida por um novo elétron que também recebe uma pequena energia, assim os elétrons se deslocam em um sentido e as lacunas no oposto. Assim temos a corrente de lacunas.

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