UMA APRESENTAO SOBRE PROPRIEDADES CRISTALINAS E PRODUO DE SEMICONDUTORES.

UMA APRESENTAO SOBRE PROPRIEDADES CRISTALINAS E PRODUO DE SEMICONDUTORES.
Prof. Roberto Assumpo EM423, turma A

Pedro Alves PiresRA: 083985Guilherme di Creddo MirandaRA: 084392Pedro Francisco Baraal de MecRA: 082475Caio Elias Silveira RA: 086302

Introduo aos semicondutores:
1.) Caractersticas (O que define um semicondutor?)Os Semicondutores so um grupo de materiais que possui condutividade eltrica intermediaria entre metais e isolantes. Isso ocorre porque a banda proibida de energia de tais elementos, que separa a banda de Valencia preenchida com eltrons e banda de conduo vazia, menor que a dos condutores e pouco maior que a dos isolantes. Esse Gap de energia, o que define a condutividade do material. importante ressaltar, que a condutividade desses materiais pode variar com mudanas na temperatura, luz incidida e pureza do material.

Juntando suas caractersticas, podemos at chamar os semicondutores de isolantes que apresentam muitas propriedades dos condutores.Seu emprego importante na fabricao de componentes eletrnicos tais como diodos, transstores e outros de diversos graus de complexidade tecnolgica, microprocessadores, e nanocircuitos usados em nanotecnologia. Portanto atualmente o elemento semicondutor primordial na indstria eletrnica e confeco de seus componentes.

Como exemplos de Semicondutores elementares, ou seja, compostos de apenas um elemento, temos o Silcio (Si) e o Germnio (Ge). Esse ultimo, era utilizado no desenvolvimento de transistores e diodos. Hoje, o silcio tomou a posio de composto mais utilizado.

Alm dos semicondutores elementares, podemos obter compostos semicondutores, como vistos na tabela abaixo:

Classificao dos slidos
Cristais: so caracterizados pela chamada rede cristalina, uma estrutura altamente ordenada

Policristalinos: apresentam uma ordem intermediria, com pequenas regies chamadas de gros, tendo cada estrutura cristalina unida pelos limites dos gros.

Amorfos: Estrutura totalmente aleatria, sem ordem definida.

2.) Retculos CristalinosUm slido cristalino pode ser distinto pelo fato de ter tomos que so dispostos de modo a formar um sistema peridico. Isto , existem unidades bsicas, idnticas, dispostas numa ordem tridimensional e repetitiva que formam o corpo do cristal. Em qumica se aprende que, em condies normais, os tomos que possuem 4 eltrons na ltima camada de valncia no so estveis. Os semicondutores se enquadram nesse grupo, mas por causa da forma com que agrupam seus tomos (cada tomo fica eqidistante e, relao a quatro outros tomos, ou seja, uma estrutura cristalina) eles conseguem alcanar a estabilidade fazendo quatro ligaes qumicas covaO arranjo peridico de um cristal a estrutura do cristal.O retculo cristalino mais simples que h, aquele formado por unidades cbicas. Como exemplos, a cbicas de face centrada, a de corpo centrado, e a cbica simples.

A estrutura cristalina bsica dos mais importantes semicondutores chamada de cbica diamante. Descoberta primeiramente nos diamantes, est presente tambm no silcio e no germnio.

Tomaremos o silcio cristalino como exemplo para correlacionarmos suas propriedades estruturais, com as propriedades mecnicas.

Em termos de propriedades mecnicas, o silcio se destaca pela fragilidade, o que torna difcil a sua conformao mecnica.

Deflexo de uma viga de silcio durante um teste mecnico.

Comparao das propriedades mecnicas do Si com o ao - Limite de escoamento maior que do ao 4ao - Mdulo de Young prximo do ao - Densidade prxima ao do alumnio 0.33ao - Coeficiente de expanso trmica 0.2ao - Condutividade trmica 1.5ao

3.) Crescimento cristalino- O silcio utilizado atualmente na confeco de dispositivos, obtm impurezas na taxa de menos de uma parte por dez bilhes. Isso proveniente do tratamento pelo qual o material submetido.- O silcio no , normalmente, encontrado na forma pura naturalmente. Porem, em combinao com outros elementos, constitui 27,7% da crosta terrestre, e o elemento mais abundante depois do oxignio. Logo, necessitamos de processos para gerar o silcio puro.- Existem vrios mtodos de crescimento de silcio puro, dentre eles o mtodo por derretimento, por zona flutuante, por crescimento cristalino epitaxial e pelo Processo de Czochralski. Cada um com um processo de resfriamento e gerao do silcio puro caracterstico.- Muitas caractersticas mecnicas do filme de silcio puro dependem dos processos de deposio e crescimento.

Propriedades mecnicas dos filmes finos:

Caractersticas desejveis:

Excelente adeso Baixo stress residual Boa resistncia mecnica Resistncia qumica

No so todos os processos de deposio e crescimento cristalino que podem entregar tais caractersticas. Deve-se buscar o processo ideal, afim de obter os aspectos mais uteis para a funo que se deseja empregar o filme.

Processo de Czochralski

Exemplos:

Para aplicaes em micromquinas, estruturas com baixo stress residual so necessrias, como os polisilcio:

Exemplificando a performance do Si
Com tom de curiosidade, apresentamos um trabalho homolagado em 2005 na Associao Brasileira de Metalurgia, Materiais e Minerao ABM.Nesse trabalho, verificou-se a viabilidade de usinagem do Silcio cristalino por duas formas: abraso ultra-sonora e por descargas eltricas.Ambos os mtodos se apresentaram viveis na usinagem do silcio, porem com algumas divergncias. O mtodo de abraso, apresentou-se mais rpido e eficaz na ao contra o silcio, pois tomou menos tempo e apresentou um acabamento superficial mais satisfatrio.

Como pudemos ver, a usinagem por descargas eltricas apresentou um acabamento superficial mais tosco, com crateras e cristais cbicos evidenciados na superfcie usinada. Essa fraca usinabilidade decorre devido ao carter semicondutor do silcio aliado a no homogeneidade das descargas eltricas, impossibilitando um maior arrancamento do material.

Essa observao nos traz uma confirmao do importante e efetivo papel que o Si tem como semicondutor, mostrando a resistncia ao desgaste quanto a cargas eltricas. Caracterstica muito importante para um elemento que atua em diversos ramos da eletrnica, principalmente nos de sistemas embarcados.

Referncias :
http://www.abmbrasil.com.br/materiasUsinabilidade do silcio por abraso ultrasonora e eletroeroso: uma analise comparativa.Por: Jorge Francisco Costa BrasilLeandro JacomineLuciano Jos ArantesAlberto Arnaldo Rasian

http://www.dsif.fee.unicamp.br/~fabianoPropriedades mecnicas do Silcio Prof Fabiano Fruett

Solid State Electronic Devices Ben G. StreetmanSemiconductor Fundamentals - Robert F. Pierret
Bibliografia:

*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*