Semicondutores não são um único elemento — são uma classe de materiais com condutividade entre condutores e isoladores, controlável por dopagem, temperatura e luz. Os semicondutores elementares vêm principalmente do Grupo 14 (IVA) da tabela periódica, enquanto o Grupo 15 (VA) fornece os dopantes tipo-n primários. A indústria moderna, porém, roda em semicondutores compostos combinando Grupos III-V, II-VI e IV-IV.
| Elemento | Símbolo | Bandgap (eV) | Status |
|---|---|---|---|
| Silício | Si | 1,12 | Rei da Indústria (95%+ mercado). Abundante, óxido nativo SiO₂ estável permite MOSFETs/CIs. |
| Germânio | Ge | 0,66 | Primeiro transistor (1947). Maior mobilidade. Agora nicho: SiGe BiCMOS, óptica IR, SPADs, quântico. |
| Diamante (Carbono) | C | 5,47 | Bandgap ultra-largo. Extrema potência/RF/térmico. P&D / nicho. |
| Estanho (α-Sn) | Sn | 0,08 (cinza) | Semimetal/gap zero. Pesquisa isolante topológico. |
| Chumbo | Pb | — | Metal. Não é semicondutor. |
Grupo 13 (IIIA) — Boro, Alumínio, Gálio, Índio — são os aceitadores tipo-P.
Combinar elementos de grupos diferentes cria materiais com bandgaps diretos (emissão/absorção de luz eficiente), alta mobilidade/velocidade de saturação de elétrons (RF/potência), ou bandgaps largos (alta tensão/temperatura).
| Material | Grupos | Propriedades-Chave | Aplicações Principais |
|---|---|---|---|
| GaAs | III-V | Gap direto (1,42 eV), alta mobilidade e⁻ | Amplificadores RF (celulares), LEDs, lasers, células solares (espaço) |
| InP | III-V | Gap direto (1,34 eV), velocidade e⁻ muito alta | Lasers/detectores fibra longa distância, HEMTs, THz |
| GaN | III-V | Gap largo (3,4 eV), alta ruptura, 2DEG | Eletrônica de potência (VE, carregadores), RF (5G, radar), LEDs Azul/Branco, Lasers |
| SiC | IV-IV | Gap largo (3,3 eV), alta cond. térmica, alta ruptura | Alta tensão potência (tração VE, solar, rede), MOSFETs 1200V+ |
| AlN / Ga₂O₃ | III-V / III-VI | Gap ultra-largo (>4 eV) | LEDs UV profundo, potência próxima geração (P&D) |
| CdTe / CIGS | II-VI / I-III-VI | Gap direto, filme fino | Fotovoltaicos (escala utilidade) |
| Perovskitas | ABX₃ | Gap ajustável, processável em solução | PV emergente, LEDs, detectores raio-X (P&D) |
Si puro é mau condutor (~2,3 kΩ·cm). Adicionar 1 ppm Fósforo → ~10 Ω·cm. Adicionar 1% → 0,001 Ω·cm. Dopagem controla condutividade em 10 ordens de magnitude. Por isso "elementos Grupo 14" são os hospedeiros e "elementos Grupo 13/15" são as chaves para a ação do transistor.
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