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Os semicondutores são tecnologias modernas que podem agir como condutores e isolantes
Os semicondutores são materiais que possuem uma condutividade elétrica intermediária. Isso significa que eles conseguem atuar como um isolante, impedindo a passagem de corrente elétrica, ou como condutor, permitindo que os elétrons passem.
Importantes para a tecnologia moderna, os semicondutores são utilizados na fabricação de todo tipo de componente eletrônico, incluindo diodos, transistores e circuitos integrados. A razão de sua ampla aplicação é devido a sua segurança, eficiência energética, baixo custo e compactação. Entretanto, sua grande demanda pode trazer prejuízos ambientais.
Quais são os principais semicondutores?
Os elementos mais utilizados como semicondutores são o silício (Si) e o germânio (Ge), ambos com quatro elétrons em sua camada de valência. O primeiro, por sua vez, é o mais difundido por ter melhores propriedades elétricas e por ser o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre. No entanto, também existem outros tipos de semicondutores, como o carbono.
Como os semicondutores funcionam?
Os semicondutores são materiais que aumentam sua condutividade elétrica a partir do aumento de temperatura ou pelo processo de dopagem. Eles podem ser classificados em dois tipos: intrínsecos e extrínsecos.
Semicondutores intrínsecos
Eles são feitos de materiais puros, isto é, uma estrutura cristalina feita apenas de um elemento que possui quatro elétrons na camada de valência. Assim, os átomos compartilham seus elétrons da camada de valência (banda de valência) por meio de quatro ligações covalentes.
Por serem puros, todos os seus elétrons da banda de valência estão ligados uns aos outros, necessitando de uma certa quantidade de energia, como aumento de temperatura, para transitarem até a banda de condução. A banda de condução, por sua vez, refere-se a uma região vazia onde os elétrons podem transitar livremente pelo material, carregando uma corrente elétrica.
Semicondutores extrínsecos
Quando um semicondutor intrínseco passa pelo processo de dopagem, ele se torna extrínseco. Esse processo diz respeito à adição de outros elementos (impurezas) no cristal. Isso faz com que a condutividade elétrica do material aumente, o que possibilita a passagem de corrente elétrica no material sem a necessidade do aumento de temperatura.
Após esse processo, é possível obter dois tipos de semicondutores extrínsecos:
- Tipo N: é obtido ao adicionar um elemento que possui cinco elétrons na camada de valência (pentavalente) no cristal. Isso faz com que sobre um elétron livre, isto é, sem estar ligado a outro. Assim, ele pode transitar pela banda de condução. Por isso, a condutividade aumenta a partir da adição de um elétron de carga negativa.
- Tipo P: é obtido a partir da dopagem do cristal com um elemento com três elétrons na camada de valência (trivalente). Isso resulta num buraco de carga positiva em uma das quatro ligações do átomo do material semicondutor. Por causa disso, um fluxo de elétrons pode ocorrer nesse buraco criado, favorecendo a passagem de uma corrente.
Para que servem os semicondutores?
No geral, eles podem ser usados como diodos, transistores e circuitos integrados. Dessa forma, destacam-se os principais produtos fabricados por semicondutores a seguir.
Chips
Os chips são os principais produtos feitos por materiais semicondutores. Eles são formados por finas fatias de silício com componentes complexos colocados sobre eles em padrões específicos, que formam “desenhos”. Estes padrões servem para controlar fluxos de corrente elétrica por meio de transistores, também chamados de interruptores.
Existem diversos tipos de chips. No geral, eles têm a função de processar, armazenar e receber informações. Dessa forma, eles conseguem ter diversas aplicações, como armazenar softwares e dados em código binário.
Eles são vantajosos porque não precisam de outros componentes mecânicos para inverter a corrente. Além disso, um chip corresponde a bilhões de interruptores em uma área pequena. Isso mostra sua eficiência e compactação, o que possibilita, por exemplo, que os celulares modernos tenham diversas funções em um único aparelho.
Placas fotovoltaicas
As placas fotovoltaicas, usadas na energia solar, são formadas por células feitas de silício. Nelas, os semicondutores funcionam como um diodo, isto é, transformam corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC). No caso dos painéis solares, ele é usado para converter a radiação solar em eletricidade.
Lâmpada LED
Um LED é um dispositivo semicondutor que gera luz por meio de um processo chamado eletroluminescência. Quando você passa uma corrente elétrica através de um material semicondutor, ela emite luz visível. Como tal, um LED se comporta de forma oposta a uma célula fotovoltaica.
Qual país mais produz semicondutores?
Devido aos benefícios que os semicondutores oferecem às tecnologias modernas, eles passaram a ser amplamente fabricados. A China lidera o ranking mundial dos principais países produtores de silício e das maiores empresas de semicondutores do mundo.
O Brasil, no entanto, é colocado como terceiro maior produtor de silício. Isso porque o país contém as maiores reservas mundiais de quartzo, mineral mais utilizado para a fabricação do silício.
Impactos ambientais de semicondutores
Apesar de parte dos semicondutores fabricados serem utilizados para a produção de energia renovável, eles podem causar grande impacto ambiental. A indústria de chips semicondutores recebe grande demanda, o que aumenta sua pegada de carbono.
O processo de produção desses chips requer quantidades enormes de energia e água, além de liberar resíduos perigosos. De acordo com o The Guardian e Greenpeace, a maior fábrica de semicondutores do mundo, localizada em Taiwan, utiliza quase 5% de toda a eletricidade da nação.
Além disso, a mineração do silício a partir da retirada de areia pode provocar alguns prejuízos ao meio ambiente. Ela intensifica a erosão; prejudica as formas de vida aos arredores, sendo aquáticas ou terrestres; e torna algumas regiões mais suscetíveis à inundações.
