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Por que os chips (ou a fabricação de eletrônicos) usam semicondutores em vez de condutores?

Os semicondutores tornaram-se uma parte importante da vida e seu uso é onipresente.Sem semicondutores, não haveria rádio, nem computadores, nem telemóveis, nem televisões, nem máquinas de lavar, nem videojogos, e certamente não haveria impressão 3D, condução autónoma, medicina inteligente ou energia fotovoltaica.O rápido desenvolvimento da Internet das Coisas também tornou os semicondutores ainda mais versáteis.

Apesar de contar com a tecnologia de tubos de vácuo (os tubos de vácuo, também conhecidos como tubos de elétrons, foram substituídos por semicondutores por questões de alto custo, não durabilidade, tamanho e baixa eficiência, com eletrodos e filamentos condutores em seu interior), muitos dispositivos eletrônicos foram criada.Olhando para trás, para os dias do tubo de vácuo, televisores, fonógrafos e rádios continham circuitos de tubo de vácuo que exigiam vários minutos de aquecimento cada vez que eram ligados e eram extremamente instáveis.Nos últimos 60 anos, a tecnologia de semicondutores permitiu que os dispositivos se tornassem mais rápidos, menores e mais estáveis.

Então, por que usar semicondutores para fabricar esses dispositivos eletrônicos, em vez de condutores?

O que são semicondutores?Um semicondutor é um material que conduz eletricidade entre um condutor (geralmente um metal) e um isolante (principalmente uma cerâmica).Os semicondutores podem ser elementos puros (silício ou germânio) ou compostos (arsenieto de gálio ou seleneto de cádmio).No processo de dopagem, pequenas quantidades de impurezas são adicionadas ao semicondutor puro, resultando em uma alteração significativa na condutividade elétrica do material.

A maioria dos dispositivos eletrônicos é fabricada com base em transistores, que por sua vez executam funções como amplificação, osciladores e aritmética, todas feitas por semicondutores.

Então, por que semicondutores e não condutores?

Como os semicondutores possuem uma ampla gama de condutividades, os condutores possuem apenas condutividades muito altas, o que nem sempre é exigido na vida cotidiana.Com semicondutores e dopagem apropriada, a condutividade pode ser alterada de acordo com os requisitos.Ao mesmo tempo, não é possível dopar condutores, cuja natureza incontrolável torna impossível conseguir exatamente o que é necessário (imagine que os condutores tenham um grande número de portadores de carga e a dopagem tenha pouco efeito).

Supondo que os pontos A e B de um circuito estejam conectados por um condutor, haverá uma tensão entre eles e uma corrente fluirá entre os dois pontos;não há como controlar o fluxo de corrente aqui.Por outro lado, se os pontos A e B estiverem conectados por um isolador, a corrente não fluirá e pouco poderá ser feito para permitir que a corrente flua (a menos que a tensão seja aumentada a um nível inimaginável).

Entretanto, se um transistor for usado entre os pontos A e B, ele fornece um método poderoso de controle da corrente.O transistor fica entre os pontos A e B, adicionando um novo ponto C de modo que a aplicação de uma diferença de tensão entre os pontos C e B fará com que a corrente comece a fluir entre A e B. Isso pode ser realizado em tensões muito baixas (abaixo de 5 volts ) e baixas correntes (baixo consumo de energia).Não é possível utilizar apenas condutores ou isoladores.Como os condutores sempre conduzirão, os isoladores nunca conduzirão e apenas os semicondutores conseguem abrir e fechar.

Sem considerar jogadores extremos (alguns diriam que escolha um filhote de tigre), a maioria das pessoas escolheria um gato.Para jogadores radicais, você escolheria um grande tigre?A razão óbvia é: incontrolável e feroz.É muito parecido com um condutor e um semicondutor.

Tiger = condutor (sem controle sobre condutividade)

Cat = semicondutor (a condutividade pode ser controlada por dopagem)

O mundo da ciência é rigoroso e qualquer tecnologia que não seja controlável não durará.