O que São Semicondutores Compostos
O silício é o semicondutor mais comumente usado, mas existem outros formados a partir de dois materiais que são usados para fornecer desempenho aprimorado em áreas específicas.
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Nosso tutorial sobre semicondutores Inclui:
O que é um semicondutor | Buracos e elétrons | Materiais semicondutores | Semicondutores compostos | Carboneto de silício, SiC | Nitreto de gálio, GaN
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O silício é de longe o material semicondutor mais usado, mas no passado o germânio também era usado.
Atualmente, existem muitos semicondutores compostos formados por dois ou mais elementos que estão sendo usados em áreas específicas para fornecer um desempenho consideravelmente aprimorado em muitos projetos de circuitos eletrônicos.
Novos componentes eletrônicos usando semicondutores compostos, com materiais como carboneto de silício, arsenieto de gálio, nitreto de gálio e similares, são capazes de melhorar o desempenho em várias áreas e seu uso está aumentando, embora o silício ainda continue sendo o material semicondutor dominante e assim continuará para um futuro próximo.
Noções básicas de semicondutores compostos
A forma básica de semicondutor usa materiais de tipos únicos de átomo. Silício, Si, é o mais amplamente utilizado, mas outros semicondutores elementares incluem germânio, Ge, estanho, Sn, selênio, Se, e telúrio, Te.
Silício, germânio e estanho vêm da coluna IV na tabela periódica dos elementos, e selênio e telúrio são da coluna VI.
Embora o silício seja um ótimo semicondutor e possua muitas propriedades atraentes que podem ser usadas em dispositivos semicondutores, ele não é perfeito em todos os sentidos.
Em alguns casos, os materiais semicondutores compostos são capazes de fornecer melhorias em algumas áreas de desempenho e é por esse motivo que são usados.
Um semicondutor composto é basicamente um material semicondutor de cristal único que contém dois ou mais elementos.
Ao usar dois e às vezes mais elementos em um único cristal de semicondutor, algumas propriedades são alteradas enquanto outras são introduzidas. Por exemplo, os diodos emissores de luz usam semicondutores compostos, enquanto o silício não é usado porque não apresenta esse recurso.
Semicondutores compostos comuns
Existem muitos tipos diferentes de material semicondutor composto, mas alguns ganharam muito mais uso do que outros.
Será visto na lista que a maioria dos semicondutores compostos são de combinações de elementos do Grupo III e Grupo V da Tabela Periódica dos Elementos. No entanto, outros semicondutores compostos são feitos de elementos dos Grupos II e VI. Também é possível usar diferentes elementos de um mesmo grupo para fazer semicondutores compostos.
Alguns dos principais materiais foram listados abaixo.
- Arseneto de gálio, GaAs: O arseneto de gálio é um semicondutor composto do tipo III-V, pois os elementos vêm das colunas III e V da tabela periódica. O GaAs é o segundo tipo de semicondutor mais utilizado depois do silício.O arseneto de gálio é amplamente utilizado em dispositivos de RF de alto desempenho, onde sua alta mobilidade de elétrons é a chave para seu alto nível de desempenho. Também é usado como substrato para outros semicondutores III-V, especialmente aqueles que usam três elementos, por exemplo, InGaAs e GaInNAs.No entanto, é um material frágil e tem uma mobilidade de furos menor que o silício, o que torna inviáveis aplicações como transistores CMOS tipo P.Também é relativamente difícil de fabricar e isso aumenta os custos dos dispositivos GaAs. Seu uso tende a ser limitado a aplicações onde um prêmio de custo é viável para obter o maior nível de desempenho.
- Carboneto de silício, SiC: O carboneto de silício é um material semicondutor composto onde ambos os elementos vêm do grupo IV da tabela periódica dos elementos. Este semicondutor composto encontra uso em várias aplicações. É frequentemente usado em dispositivos de energia onde suas perdas são significativamente mais baixas e as temperaturas de operação podem ser mais altas do que as de dispositivos baseados em silício. O carboneto de silício tem uma capacidade de degradação que é cerca de dez vezes superior à do próprio silício. Formas de carboneto de silício eram tipos de material semicondutor que foram usados com algumas formas iniciais de LEDs amarelos e azuis.Leia mais sobre . . . . Carboneto de Silício SiC.
- Nitreto de Gálio, GaN: Este tipo de material semicondutor usa elementos das colunas III e V da tabela periódica de elementos.O GaN está começando a ser mais amplamente utilizado em transistores de micro-ondas, onde altas temperaturas e potências são necessárias. Também está sendo usado em alguns CIs de micro-ondas. GaN é difícil de dopar para dar regiões do tipo p e também é sensível a ESD, mas relativamente insensível à radiação ionizante. Também é usado em alguns LEDs azuis.
- Fosfeto de gálio, GaP: Este é um material dos grupos III-V e encontra seus principais usos em produtos e tecnologia LED.Foi usado em muitos LEDs de baixo a médio brilho, produzindo uma variedade de cores dependentes da adição de outros dopantes. O fosfeto de gálio puro produz uma luz verde, dopado com nitrogênio, emite verde-amarelo, dopado com ZnO, emite vermelho.
- Sulfeto de Cádmio, CdS: Este semicondutor composto utiliza elementos dos grupos II e VI da tabela periódica. Curiosamente, há uma grande diferença dentro dos números do grupo para este semicondutor composto.Não é tão amplamente utilizado quanto muitos outros semicondutores compostos, mas encontra uso em fotorresistores e células solares.
- Sulfeto de chumbo, PbS: Este semicondutor composto usa elementos dos grupos IV e VI na tabela periódica de elementosFoi amplamente utilizado nos primeiros aparelhos de rádio de cristal, onde em sua forma de galena, foi usado em muitos detectores de rádio Cat’s Whisker. Nesses primeiros diodos semicondutores, um ponto de contato foi feito com o fio de estanho no cristal de galena para fornecer a junção PN e a retificação resultante dos sinais.
Custo de semicondutores compostos
O silício é o semicondutor mais amplamente utilizado e há muitas razões para isso.
Seu desempenho não é apenas mais do que adequado para a maioria dos dispositivos semicondutores, mas também é fácil de processar. O silício bruto precisa apenas ser refinado (muito bem refinado), mas não há processos adicionais para transformar o silício bruto em um semicondutor composto, etc.
Como agora existem processos químicos adicionais necessários para criar a matéria-prima, além de refiná-la, o custo do material é relativamente baixo. Outros semicondutores compostos requerem estágios adicionais para criar o material semicondutor bruto. Freqüentemente, os cristais desses semicondutores compostos são mais difíceis de crescer.
Verificou-se também que o silício é um material muito fácil de processar como semicondutor. Suas propriedades são ideais para os vários processos de semicondutores necessários.
Como resultado, os processos de silício estão bem estabelecidos e agora foram aperfeiçoados para que sejam confiáveis e baratos.
Por outro lado, os processos para muitos materiais semicondutores compostos não são tão refinados quanto são usados em um número limitado de produtos. Muitos dos processos são mais complicados devido à natureza dos materiais utilizados – por exemplo, o arseneto de gálio é mais frágil que o silício e precisa ser processado com mais cuidado.
Como resultado do menor uso de semicondutores compostos e das maiores dificuldades de uso, os custos são maiores.
Nos últimos anos, o custo de fabricação de semicondutores compostos caiu significativamente. Os custos ainda são muito superiores aos do processamento do silício. No entanto, as propriedades especiais desses cristais semicondutores compostos tornaram-se mais importantes em muitas áreas. Freqüentemente, as propriedades fundamentais do material significam que os dispositivos fabricados com os vários semicondutores compostos podem fazer coisas que não são possíveis com o silício. Como resultado, eles estão sendo usados cada vez mais em muitas áreas.
Embora o silício continue sendo o principal material usado para dispositivos semicondutores, existem muitas áreas em que os dispositivos fabricados a partir de materiais semicondutores compostos são capazes de fornecer um nível muito mais alto de desempenho para um determinado parâmetro ou parâmetros. Como resultado, componentes eletrônicos semicondutores usando materiais como carboneto de silício, arseneto de gálio, nitreto de gálio e muitos outros estão sendo vistos com mais frequência em novos projetos de circuitos eletrônicos.
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