Buraco (semicondutores)

Buraco (semicondutores), ou simplesmente buraco, quando não houver possibilidade de confusão ou pelo uso no domínio específico e restrito da Ciência dos materiais ou da Eletrônica semicondutora, é a região quântica numa rede cristalina de material semicondutor dopado, caracterizada como ausência de um elétron, porém comportando-se efetivamente como um portador de carga positiva (em inglês, hole). Também se diz lacuna, embora menos usual.

Ficção particular

O conceito de buraco pode ser entendido como uma "construção ou ficção físico-matemática conveniente", adequada a tornar mais simples os modelos físico-matemáticos que lidam com portadores de cargas elétricas num meio material qualquer, notadamente em redes cristalinas semicondutoras. Com efeito, a adoção desse conceito facilita, pois possibilita, a aplicação dos mesmos modelos dinâmico-quânticos aplicados aos elétrons, com a consideração adicional e singular de se tratar de um portador de carga positiva, não negativa.

Em realidade, o buraco, como partícula material com existência autônoma não existe, porém, na dinâmica dos fluxos de portadores de carga elétrica, devido à "u’a — diga-se — maior persistência da lacuna deixada por um elétron ao se deslocar", tal lacuna (ou buraco) ganha uma existência própria como se fora um portador de carga elétrica positiva.

Portadores de carga

Assim, há diferença enorme entre materiais como o alumínio ou o cobre (usualmente empregados como condutores de eletricidade) e materiais como o germânio e o silício (usualmente empregados como semicondutores na moderna eletrônica). Naqueles (alumínio e cobre), existem apenas elétrons como portadores de carga elétrica transferíveis sob a influência de um campo elétrico aplicado (ou, por falar, nisso, de uma diferença de potencial elétrico associado). Nestes últimos (germânio e silício, todos tetravalentes), existem tanto elétrons como buracos como portadores de carga elétrica transferíveis sob influência do campo elétrico. Isso ganha maior relevância quando se tratam os materiais semicondutores com impurezas químicas ou aceitadoras eletrônicas (boro, alumínio, gálio ou índio, todos trivalentes) ou doadoras eletrônicas (fósforo, arsênio ou antimônio, todos pentavalentes) em pequenos teores, no processo denominado dopagem eletrônica ou simplesmente, no meio próprio, dopagem. O fato extraordinário ocorre quando cristais dopados com um tipo de impureza (aceitadora), cristais tipo P (com os buracos desempenhando o papel dos portadores majoritários) são unidos (por um processo físico-químico especial) a cristais com impureza do outro tipo (doadora), cristais tipo N (com os elétrons desempenhando o papel dos portadores majoritários). Está formada uma junção PN, em essência — e por simplicidade — a gênese de toda a eletrônica moderna, desde os primeiros diodos semicondutores, passando pelos transistores, enfim, fazendo surgirem os mini-circuitos controlados e controláveis (os circuitos integrados ou chips), gerando, pois, toda a complexa rede de aparelhos, equipamentos e utilidades modernas (computadores pessoais, sistemas, telefonia móvel etc.).

Impurezas e dopagem