Estruturas e Processos
Eletrônicos
Estruturas e Processos
Eletrônicos
Condução Elétrica
Condução Elétrica
Na última aula vimos que uma das importantes características dos materiais é a
capacidade de transportar uma corrente elétrica e que a Lei de Ohm é aquela que
relaciona essa corrente I(ou taxa de transferência de carga) com a voltagem aplicada, V.
Resumindo:
Condução Eletrônica e Iônica
Condução Eletrônica e Iônica
I.RV
l
RA
Uma corrente elétrica resulta do movimento de partículas carregadas eletricamente em
resposta a força elétrica Fel gerada em decorrência da aplicação de um campo elétrico E.
Em alguns materiais sólidos a corrente aumenta a partir do fluxo de elétrons, o qual
passa a ser denominado de condução eletrônica.
Em alguns materiais sólidos a corrente aumenta a partir do fluxo de elétrons, o qual
passa a ser denominado de condução eletrônica.
Em outros materiais sólidos denominados materiais sólidos iônicos, a corrente
aumenta a partir do fluxo de íons, o qual passa a ser denominado de condução iônica.
De qualquer maneira, em todos os condutores, semicondutores e em muitos isolantes,
somente há a ocorrência da condução eletrônica. Sua magnitude depende fortemente
do número de elétrons disponíveis para participar no processo de condução.
Esta teoria é tratada no estudo das Estruturas de Bandas de Energia nos
Sólidos.
Quando os átomos são arranjados dentro de uma estrutura cristalina
ocorre a sobreposição dos níveis de energia que depende da
proximidade dos átomos dentro do arranjo estrutural. Assim este
elétron pode movimentar-se dentro de uma região denominada de
Banda Eletrônica de Energia.
Entretanto, nem todos os elétrons de todos os átomos estão capacitados
para serem acelerados em presença de um campo elétrico. O número de
elétrons com a propriedade de serem acelerados em presença de um
campo elétrico depende do arranjo dos estados eletrônicos, ou seja dos
níveis de energia a qual cada elétron pertence.
Para cada átomo individual existem níveis (1,2,3,4...)de energia discretos que podem
ser ocupados pelos elétrons em determinados subníveis (s,p,d e f). Estes elétrons
ocupam primeiramente os níve is de menor energia e ocupam sucessivamente os
níveis e m ordem crescente de energia, de acordo com o princípio de exclusão de
Linus Pauli.
Energia
Número Quântico Principal, n
A medida que os elétrons das camadas mais externas são retirados dos
seus estados de equilíbrio, ou seja adquirem mais energia, passam a
ocupar bandas de energia, vazias, superiores àquelas que ocupavam.
Adquirem com isso a capacidade de movimentar-se livremente. Estas
bandas vazias são denominadas BANDAS DE CONDUÇÃO.
Por outro lado, as bandas ocupadas pelos elétrons em sua posições de
equilíbrio iniciais, são denominadas de BANDAS DE VALÊNCIA.
Entretanto, não há sobreposição entre as duas bandas, e elas são
separadas por um desnível energético denominado de banda “ gap”, que
é definido como um nível de energia a qual um elétron deve superar
para passar para a banda de condução, e somente gerar a condução
elétrica.
Os materiais isolantes apresentam um largo “gap” , enquanto para os
semicondutores, este “gap” é menor. Nos materiais metálicos este gap é
inexistente, ou seja uma pequena quantidade de energia é suficiente
para excitar os elétrons de forma que possam passar para um estado
condutor.
Estados preenchidos Estados vazios
életron excitado
Banda “gap”
Banda de valência Banda de condução
metais
semicondutores
