semicondutores

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SEMICONDUTORES

6. Regulações e normas.

2. Como são produzidos?

5. Impacto ambiental.

3. Como são classificados?

1. Oque são?

4. Aplicações.

SUMÁRIO

Oque são os semicondutores?

Muito utilizado em equipamentos eletrônicos, os semicondutores são sólidos capazes de mudar sua condição de isolante para condutores com grande facilidade. Isso se deve ao fato de que os semicondutores possuem uma banda proibida intermediária. A banda proibida é a região localizada entre as bandas de valência, ou camada de valência do átomo, e a banda de condução (região onde, sob ação de um campo elétrico, se forma a corrente elétrica).

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Quando os elétrons recebem certa quantidade de energia, eles se tornam livres e saem da camada de valência para a camada de condução.A condutividade dos semicondutores pode ser alterada variando-se a temperatura, o que faz com que atinjam uma condutividade semelhante a dos metais.A condutividade dos semicondutores provenientes de excitações térmicas é denominada condutividade intrínseca.Os semicondutores podem ser de silício ou germânio, utilizados para a fabricação de componentes eletrônicos, como, por exemplo, os transistores.

Bandas de Valência, banda proibida e banda de condução de: Isolantes, condutores e semicondutores

Como são produzidos os semicondutores?

A fabricação de dispositivos semicondutores é o processo usado para criar chips, os circuitos integrados que estão presentes nos dispositivos elétricos e eletrônicos do dia a dia. É uma sequência de várias etapas de etapas de processamento fotográfico e químico durante as quais os circuitos eletrônicos são criados gradualmente em uma bolacha feita de material semicondutor puro. O silício é o material semicondutor mais comumente usado hoje, juntamente com vários semicondutores compostos. Todo o processo de fabricação, desde o início até os chips embalados prontos para envio, leva de seis a oito semanas e é realizado em instalações altamente especializadas conhecidas como fabs.

bolachas Um wafer típico é feito de silício extremamente puro que é cultivado em lingotes cilíndricos monocristalinos (boules) de até 300 mm (um pouco menos de 12 polegadas) de diâmetro usando o processo Czochralski. Esses lingotes são então fatiados em wafers com cerca de 0,75 mm de espessura e polidos para obter uma superfície muito regular e plana. Uma vez que as pastilhas são preparadas, muitas etapas do processo são necessárias para produzir o circuito integrado semicondutor desejado. Em geral, as etapas podem ser agrupadas em duas áreas: Processamento de front-end Processamento de back-end

Na fabricação de dispositivos semicondutores, as várias etapas de processamento se enquadram em quatro categorias gerais: Deposição, Remoção, Padronização e Modificação de propriedades elétricas. Deposição é qualquer processo que cresce, reveste ou transfere um material para o wafer.

Em processamento

Intrínsecos: Cristais puros, sem qualquer tipo de impureza.Ligação covalente entre átomos de silício:

Dopagem: Introdução proposital de impurezas para mudar as características do material. .

Redes cristalinas: Ligações entre átomos com 4 elétrons fazem para compartilhar elétrons

Como são classificados os semicondutores?

Ligação do tipo N entre átomos de silício:

Nesses semicondutores é inserido uma impureza, fazendo com que esse átomo fique com 5 elétrons na camada de valência.

Tipo N

Ligação entre quatro átomos de silício feita com um átomo de índio:

São dopados com átomos que contêm três elétrons na camada de valência, por exemplo o Índio (In) ou Boro (B).

Tipo P

Formação de um diodo de junção através da junção de um semicondutor P e um N:

Junção P e N: Trata-se de uma união física de um semicondutor do tipo P e do tipo N.

Semicondutores podem ser usados de diversas maneiras na eletrônica, porém as principais são: >Diodos >Transistores >Circuitos integrados e processadores >lógicos/gráficos

Aplicações de um semicondutor.

• Diodo semicondutor é um elemento composto de um cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes materiais durante sua formação, o que causa a polarização de cada uma das extremidades.

---Diodos

Os LEDs geram luz a partir do princípio da eletroluminescência, que ocorre quando os terminais são submetidos a uma corrente elétrica. Os LEDs, assim como os diodos convencionais, são capazes de impedir a passagem de corrente quando colocado com polos invertidos, mas o que diferencia eles dos diodos convencionais, é a capacidade de emitir luz quando os elétrons passam por um pequeno filamento quando o diodo é colocado com os polos de maneira correta, assim emitindo luz.

LEDs

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.

Placas fotovoltaicas

• Transistor é um dispositivo semicondutor, geralmente feito de silício ou germânio, usado para amplificar ou atenuar a intensidade da corrente elétrica em circuitos eletrônicos. Para oferecer o resultado esperado o transistor utiliza o processo de dopagem, onde átomos de silício são transformados em átomos de gálio, fósforo, etc.

---Transistores

transistor npn

transistor PNP

Também formado por três camadas compostas de silício puro com diferentes níveis de dopagem, o transistor de junção conta com duas formas de empilhar suas camadas (NPN e PNP). Uma delas, por exemplo, utiliza a condução por buracos e passa a ser chamado de transistor de junção bipolar. No modelo PNP, os transistores contam com duas camadas P e uma camada N. Já no modelo NPN, há duas camadas de semicondutores N e uma camada P

Transistor de Junção

Ativado por uma tensão elétrica, o FET possui a capacidade de interromper ou amplificar as tensões elétricas presentes em um circuito. Ele conta com três camadas compostas por semicondutores.

Transistor de Efeito de Campo (FET)

Dentre eles, se tem:

É o tipo mais comum e utilizado de transistor. nele se encontram três terminais diferentes, sendo eles o Dreno (D) ou Drain, a Fonte (F) ou Source, e a Porta (P) ou Gate. Esse componente é composto de um canal com material semicondutor, seu terminal é composto por uma camada de poli silício e colocado sobre o canal, no entanto, separados por uma fina camada de dióxido de silício isolante. É vastamente utilizado como interruptor, ou seja, consegue conduzir ou bloquear a passagem de corrente elétrica. Semelhante ao diodo, mas é possível controlar o componente, assim chaveando-o da maneira que o projetista quiser - pode ser utilizado em grande parte dos eletrônicos comuns, como placas-mãe de computador, carregadores de celular, fontes e etc É o tipo mais comum e utilizado de transistor. nele se encontram três terminais diferentes, sendo eles o Dreno (D) ou Drain, a Fonte (F) ou Source, e a Porta (P) ou Gate. Esse componente é composto de um canal com material semicondutor, seu terminal é composto por uma camada de poli silício e colocado sobre o canal, no entanto, separados por uma fina camada de dióxido de silício isolante. É vastamente utilizado como interruptor, ou seja, consegue conduzir ou bloquear a passagem de corrente elétrica. Semelhante ao diodo, mas é possível controlar o componente, assim chaveando-o da maneira que o projetista quiser - pode ser utilizado em grande parte dos eletrônicos comuns, como placas-mãe de computador, carregadores de celular, fontes e etc

Transistor de Efeito de Campo de Metal Óxido Semicondutor (MOSFET)

---CHIPS/PROCESSADORES

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” que também é chamada de “litografia”. Estes padrões servem para controlar fluxos de corrente elétrica por meio de transistores. A litografia consiste na criação de pequenos traços no substrato do silício, com diferentes níveis de dopagem para que assim sejam criados pequenos traços as tilhas de comunicação para o funcionamento do processador.Para a fabricação dos chips utilizados nos processadores e microcontroladores, se é utilizado um disco de silício puro, para logo após, a construção dos traços no material, também chamada de litografia -vale notar além da diferença de litografia, se tem a diferença de arquitetura, sendo as mais comuns nos dias atuais: X86, X64 e ARM

Processador com arquitetura ARM

Processador com arquitetura X86

Arquiteturas X86 e X64 são principalmente utilizadas para computadores de mesa e laptops, sendo mais complexos, além de poderem receber diversas instruções simultâneas sem perda significativa de desempenho Os processadores fabricados na arquitetura x86 tem como base a arquitetura CISC (Complex Instrucion Set Computers), ou seja, é designado para aplicações onde se requer instruções mais complexas. Já a arquitetura ARM é vastamente utilizada em celulares, tablets, aparelhos de GPS automotivos e todos os outros eletrônicos que é necessário economizar espaço para a construção de um dispositivo compacto e capaz de realizar processos com alta velocidade porém com perda de desempenho relativamente grande em comparação com processadores x86 e x64 quando em uso por diversos programas ao mesmo tempo para a arquitetura ARM, se é usado como base a arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer), ou seja, é projetada para aplicações onde se requer menor complexidade de instruções Os processadores podem ser utilizados nas mais diversas aplicações possíveis, como em computadores de mesa, laptops celulares, consoles de videogame, e até em eletrodomésticos, como geladeiras, micro-ondas, ar-condicionado e entre muitos outros na forma de microcontroladores específicos para tais objetivos

Os semicondutores são amplamente utilizados pela indústria de produtos eletrônicos modernos, devido a sua eficiência energética, baixo custo e compactação. Porém, há vários impactos ambientais negativos que os semicondutores provocam, que começam na sua extração. O silício, que é o principal semicondutor utilizado, é extraído através da mineração a partir da areia e isso pode provocar vários malefícios ao meio ambiente, como prejudicar os seres vivos das redondezas, sendo eles terrestres ou aquáticos; a intensificação da erosão; e faz regiões serem mais suscetíveis à inundações. Além disso, a produção deles provoca vários impactos ambientais, pois quem os produzem são as indústrias e, como a demanda por dispositivos feitos por semicondutores é extremamente alta, eles tem que produzir em larga escala. Logo, as indústrias usam muita energia, substâncias químicas, metais pesados, materiais escassos e água, gerando a emissão de gases de efeito estufa e de resíduos perigosos. Os semicondutores são amplamente utilizados pela indústria de produtos eletrônicos modernos, devido a sua eficiência energética, baixo custo e compactação. Porém, há vários impactos ambientais negativos que os semicondutores provocam, que começam na sua extração. O silício, que é o principal semicondutor utilizado, é extraído através da mineração a partir da areia e isso pode provocar vários malefícios ao meio ambiente, como prejudicar os seres vivos das redondezas, sendo eles terrestres ou aquáticos; a intensificação da erosão; e faz regiões serem mais suscetíveis à inundações. Além disso, a produção deles provoca vários impactos ambientais, pois quem os produzem são as indústrias e, como a demanda por dispositivos feitos por semicondutores é extremamente alta, eles tem que produzir em larga escala. Logo, as indústrias usam muita energia, substâncias químicas, metais pesados, materiais escassos e água, gerando a emissão de gases de efeito estufa e de resíduos perigosos.

Impacto Ambiental:

Legislação:

O Brasil sempre foi muito dependente de importações para se suprir de semicondutores, mesmo tendo avanços nessa área. Para melhorar a economia de produtos eletrônicos do nosso país, foi criado em 2007 o Programa de Apoio ao Desenvolvimento Tecnológico da Indústria de semicondutores(Padis). Porém, essa situação piorou com a pandemia da covid-19, que houve diminuição da produção de semicondutores, em razão do lockdown. Isso provocou uma crise no mundo, incluindo o Brasíl, que reduziu a produção de produtos eletrônicos. Em razão disso, em 2021 houve a prorrogação do Padis até 2026 pelo projeto (PL 3.042/2021)e em 2023 expande o programa para incluir o segmento de fotovoltaicos pelo Decreto nº 11.456.

os transistores são componentes compostos por canadas de semicondutores e amplamente utilizados na indústria por serem eficientes e de baixo custo relativo.esses componentes são utilizados em grande maioria dos aparelhos eletrônicos por:a) serem baratos de produzirb) serem capazes de regular a tensão em um dispositivoc) funcionarem como um interruptor controláveld) funcionarem como filtro, absorvendo picos de energia e evitando danos no dispositivo

1° Pergunta

os transistores são componentes compostos por canadas de semicondutores e amplamente utilizados na indústria por serem eficientes e de baixo custo relativo.esses componentes são utilizados em grande maioria dos aparelhos eletrônicos por:a) serem baratos de produzir.b) serem capazes de regular a tensão em um dispositivo.c) funcionarem como um interruptor controlável.d) funcionarem como filtro, absorvendo picos de energia e evitando. danos no dispositivo.

1° Pergunta

Os semicondutores usados em dispositivos eletrônicos não são puros. Isso deve-se a uma inserção proposital de impurezas determinadas com o objetivo de mudar radicalmente as características do material. Esse processo se chama dopagem, sabendo que com a dopagem podemos gerar o tipo P e o N. Marque como é formado um semicondutor do tipo N?a) É formado através da união de dois semicondutores de tipos diferentes.b) É formado através da inserção de impurezas. Contendo cinco elétrons na sua camada de valência. c) É formado através da alteração átomos que contêm três elétrons na sua camada de valência.d) É formada quando não possui qualquer tipo de impureza, sendo chamado assim de intrínsecos.

2° Pergunta

Os semicondutores usados em dispositivos eletrônicos não são puros. Isso deve-se a uma inserção proposital de impurezas determinadas com o objetivo de mudar radicalmente as características do material. Esse processo se chama dopagem, sabendo que com a dopagem podemos gerar o tipo P e o N. Marque como é formado um semicondutor do tipo N?a) É formado através da união de dois semicondutores de tipos diferentes.b) É formado através da inserção de impurezas. Contendo cinco elétrons na sua camada de valência. c) É formado através da alteração átomos que contêm três elétrons na sua camada de valência.d) É formada quando não possui qualquer tipo de impureza, sendo chamado assim de intrínsecos.

2° Pergunta

os semicondutores são amplamente usados pelas indústrias de dispositivos modernos, em razão do baixo custo, eficiência energética e compactação. Contudo, o seu uso provoca vários prejuizos ao meio ambiente. Qual das opções representa um impacto ambiental negativo causado pela produção de semicondutores nas indústrias?a)emissão de gases do efeito estufa.b)liberação de gases CFC.c)intensificação da erosão.d)prejuizo as formas de vida das redondezas.

3° Pergunta

os semicondutores são amplamente usados pelas indústrias de dispositivos modernos, em razão do baixo custo, eficiência energética e compactação. Contudo, o seu uso provoca vários prejuizos ao meio ambiente. Qual das opções representa um impacto ambiental negativo causado pela produção de semicondutores nas indústrias?a)emissão de gases do efeito estufa.b)liberação de gases CFC.c)intensificação da erosão.d)prejuizo as formas de vida das redondezas.

3° Pergunta

https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/semicondutores.htm https://www.professionalplastics.com/pt/SemiconductorProcessing.html#:~:text=Na%20fabricação%20de%20dispositivos%20semicondutores,um%20material%20para%20o%20wafer.https://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/1---semicondutores.pdf https://materialpublic.imd.ufrn.br/curso/disciplina/2/47/2/5 https://brasilescola.uol.com.br/fisica/transistor.htm https://www.tecmundo.com.br/processadores/59510-litografia-feito-processador-infografico.htm https://pt.wikipedia.org/wiki/Wafer_(eletr%C3%B4nica) https://www.mundodaeletrica.com.br/semicondutores-o-que-sao-para-que-servem/ https://www.ecycle.com.br/semicondutores/#:~:text=Os%20semicondutores%20s%C3%A3o%20materiais%20%20que%20os%20el%C3%A9trons%20passem https://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_semicondutor https://flaviobabos.com.br/mosfet/ https://www.automacaoindustrial.info/transistor/ https://www.ecycle.com.br/semicondutores/ https://www.bemparana.com.br/tecnologia/screen-aumenta-os-esforcos-para-reduzir-o-impacto-ambiental-da-industria-de-semicondutores-276142/ https://www12.senado.leg.br/noticias/materias/2021/12/16/senado-aprova-prorrogacao-de-incentivos-para-industria-de-semicondutores-ate-2026 https://www.gov.br/pt-br/noticias/energia-minerais-e-combustiveis/2023/03/decreto-do-governo-garante-isencao-fiscal-para-semicondutores-e-inclui-energia-solar-em-beneficio

Referências