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Finalmente, em um semicondutor esta quantidade de energia (gap) é um valor razoável que pode ser obtido por radiação eletromagnética (luz) ou energia térmica. Adicionalmente, em um semicondutor podem ser adicionados níveis de energia dentro da banda proibida através da adição de impurezas (dopagem), que facilitam esta promoção dos portadores à banda de condução, por exemplo. Esta versatilidade é explorada através dos mecanismos de dopagem, além do intercalamento entre materiais. Estes pontos fundamentais são a base para a transformação dos materiais semicondutores em dispositivos opto-eletrônicos, além da transformação de pequenos pedaços de matéria em laboratórios de física básica!
A diferença entre condutores, isolantes e semicondutores, neste ponto de vista, está ilustrada na figura abaixo. O transporte eletrônico responsável pela condução elétrica ocorre quando a última banda está parcialmente ocupada (banda de valência). Isto permite que os portadores de carga possam navegar nesta banda sem restrições através de um pequeno fornecimento de energia (uma diferença de potencial elétrica, por exemplo). São os casos típicos de metais. Em um isolante, por outro lado, a banda de valência está completamente cheia e a próxima banda que pode ser ocupada, separada por um valor grande de energia. Esta separação é chamada de banda proibida ou gap. Isto quer dizer que, para que o material possa conduzir portadores, os elétrons devem ganhar energia para chegar à banda de condução, ou seja, uma valor equivalente à diferença em energia entre o topo da banda de valência e o mínimo da bada de condução. No caso de um isolante, esta quantidade de energia é difícil de ser atingida.
Introdução
Os materiais semicondutores são amplamente utilizados na eletrônica. Podemos inclusive dizer que o mundo não seria o mesmo que conhecemos caso eles não fossem empregados.
De um ponto de vista simplificado, podemos dizer que um semicondutor encontra-se na transição entre um material condutor elétrico (metal) e um isolante. De certa maneira, esta característica permite que possamos modelá-los de forma a controlar a passagem ou não de corrente elétrica.
No caso de um átomo isolado, consideramos que os níveis de energia que os elétrons podem ocupar são discretos. O salto de um desses níveis ocorre quando é oferecida energia suficiente ao elétron para que isso ocorra, seja térmica, elétrica ou por radiação eletromagnética. No caso de um sólido, o agrupamento entre os átomos acarreta a formação de bandas de energia ao invés destes níveis discretos.
No caso de meu trabalho de doutoramento, realizamos um estudo do crescimento epitaxial e caracterização de estruturas tridimensionais nanométricas (0D), denominhadas pontos quânticos, no caso, de InP/GaAs.
Posteriormente, trabalhei em no crescimento epitaxial de GaN na fase metaestável cúbica. Esta fase do GaN apresenta a vantagem de não possuir efeitos de polarização em comparação com a fase hexagonal. Os sistemas a base de nitretos ainda são recentes em comparação a outros sistemas, mas já encontram aplicações em diodos emissores de luz (LED) na região do espectro visível.
Estudo de filmes semicondutores sujeitos à tração biaxial externa
A estrutura de bandas é alterada quando o material é tensionado, implicando na mudança da energia de gap além de mudanças nas propriedades determinadas pelas bandas de condução e valência, como por exemplo, o fator-g.
Dentro deste escopo, esperamos avançar na síntese, caracterização e compreensão dos fenômenos responsáveis por estes compor-tamentos.
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Nossa contribuição
Dentre os diversos semicondutores, dos quais o silício (Si) é, sem dúvida, o mais estudado e com maior gama de aplicações, alguns materiais mereceram atenção especial por permitirem investigações adicionais relacionadas à física básica e aplicada.
Atualmente, devido às propriedades de transparência óptica, versatilidade nos mecanismos de dopagem e facilidade de produção, a investigação sobre óxidos semicondutores reemerge como tópico fundamental na área. Adicionalmente, muitos sistemas despertaram interesse conforme descrito abaixo.
Propriedades de Semicondutores Magnéticos Diluídos
A incorporação de íons magnéticos via implantação iônica nestes materiais acarreta o aparecimento de ferromagnetismo em temperaturas próximas da ambiente. Tal como em sistemas baseados em óxidos, como o ZnO e TiO2, com a introdução ou não de íons de metais de transição. Espera-se que sistemas deste tipo exibam propriedades de polarização dos spins dos portadores em temperaturas acima de 300K, o que pode gerar uma nova classe de dispositivos denominados spintrônicos.
Heteroestruturas e nanostruturas de semicondutores
Além das características dos materiais volumétricos, é possível alternar o tipo de material semicondutor, criando regiões de tamanhos nanométricos de um semicondutor na vizinhança de outro semicondutor, que levam à quantização de energia tal como no caso de átomos isolados. Este comportamento é denominado de confinamento. Na figura abaixo, esquematiza-se o comportamento da densidade de estados em relação ao tipo de confinamento devido ao número de dimensões espaciais em que o mesmo ocorre.
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