Semicondutores: como funciona, carros e presença no Brasil

Os semicondutores desempenham um papel crucial na nossa vida cotidiana, mesmo que muitas pessoas não tenham consciência disso. Esses dispositivos eletrônicos estão presentes em uma ampla variedade de produtos, desde telefones celulares e computadores até sistemas de navegação por satélite e equipamentos médicos. Neste texto, vamos explorar como os semicondutores funcionam, seu papel nos carros e a presença dessa indústria no Brasil.

São materiais que possuem uma capacidade intermediária de condução elétrica, situando-se entre condutores, como os metais, e isolantes, como o vidro. Esses materiais são geralmente feitos de silício e germânio, que possuem propriedades semicondutoras intrínsecas. A estrutura atômica dos semicondutores permite o controle da condução elétrica através da adição de impurezas, um processo conhecido como dopagem.

Um dos dispositivos mais conhecidos que utiliza semicondutores é o transistor. O transistor é um componente eletrônico que amplifica e controla o fluxo de corrente elétrica. Ele é composto por três camadas de material semicondutor dopado, formando duas junções PN. Existem diferentes tipos de transistores, como o transistor bipolar de junção (BJT) e o transistor de efeito de campo (FET). Esses dispositivos são amplamente usados na eletrônica moderna, desempenhando um papel fundamental no processamento de informações.

Para setor automotivo, os semicondutores são essenciais para o funcionamento de veículos modernos. Os carros modernos estão repletos de sistemas eletrônicos, desde unidades de controle do motor até sistemas de entretenimento e segurança. Os semicondutores permitem o controle preciso de sistemas complexos, otimizando o consumo de combustível, melhorando a eficiência dos motores e proporcionando maior segurança e conforto aos motoristas e passageiros. Além disso, os semicondutores também são usados em sistemas de sensores, como sensores de temperatura, pressão e posição, que são fundamentais para o bom funcionamento dos veículos.

No contexto brasileiro, a indústria de semicondutores tem se desenvolvido significativamente nos últimos anos. O Brasil possui empresas que atuam na produção e no desenvolvimento de semicondutores, buscando atender tanto o mercado interno quanto o externo. No entanto, a presença dessa indústria ainda é relativamente pequena se comparada a países como Estados Unidos, China, Coreia do Sul e Japão, que são líderes nesse setor.

Para impulsionar a presença da indústria de semicondutores no Brasil, diversas iniciativas têm sido tomadas. O governo brasileiro tem buscado criar incentivos fiscais e programas de apoio à pesquisa e desenvolvimento nesse setor. Além disso, parcerias entre empresas e instituições de ensino e pesquisa têm sido estabelecidas para promover a inovação e a capacitação técnica.

A crescente demanda por semicondutores, impulsionada pelo avanço da tecnologia e pela expansão de setores como o de veículos elétricos e a Internet das Coisas, cria oportunidades para o Brasil fortalecer sua presença nessa indústria. O investimento em infraestrutura, pesquisa e desenvolvimento, bem como a formação de mão de obra qualificada, são fundamentais para impulsionar o crescimento e a competitividade do país nesse setor.

Quais são os tipos de semicondutores?

Existem diferentes tipos de semicondutores, sendo os mais comuns:

• Semicondutores intrínsecos: Esses semicondutores são compostos apenas por um material semicondutor puro, como silício (Si) ou germânio (Ge), sem a adição de impurezas intencionais. Eles possuem propriedades semicondutoras intrínsecas, mas sua condutividade é relativamente baixa.
• Semicondutores extrínsecos: Esses semicondutores são dopados com impurezas intencionais para melhorar suas propriedades condutoras. Existem dois tipos principais de semicondutores extrínsecos: Semicondutores do tipo P (positivos): São dopados com impurezas doadoras, como boro (B) ou alumínio (Al). As impurezas doadoras possuem menos elétrons em sua estrutura, criando “lacunas” na estrutura do material. Isso resulta em uma maior concentração de cargas positivas e menor número de elétrons livres. Os semicondutores do tipo P são conhecidos como “lacunas majoritárias”. Semicondutores do tipo N (negativos): São dopados com impurezas aceitadoras, como fósforo (P) ou arsênio (As). As impurezas aceitadoras possuem elétrons extras em sua estrutura, o que aumenta a concentração de elétrons livres no material. Os semicondutores do tipo N são conhecidos como “elétrons majoritários”.
• Semicondutores compostos: Além dos semicondutores à base de silício e germânio, existem semicondutores compostos que são formados por combinações de elementos diferentes, como arseneto de gálio (GaAs) ou arseneto de índio (InAs). Esses semicondutores compostos têm propriedades elétricas distintas e são usados em aplicações específicas, como dispositivos optoeletrônicos e transistores de alta frequência.

É importante ressaltar que a dopagem de semicondutores permite controlar as propriedades elétricas desses materiais, possibilitando a criação de dispositivos eletrônicos como transistores, diodos e circuitos integrados. A combinação de semicondutores do tipo P e do tipo N é fundamental para a criação de junções PN, que são a base para a construção desses dispositivos.

Por que a crise dos semicondutores afeta a fabricação de carros?

A crise dos semicondutores tem afetado significativamente a fabricação de carros por vários motivos. Os carros modernos dependem cada vez mais de sistemas eletrônicos sofisticados e complexos, que utilizam uma variedade de semicondutores em seu funcionamento. Esses semicondutores são usados em diversos componentes, como sistemas de controle do motor, sistemas de segurança, sistemas de entretenimento, sensores, módulos de navegação e muito mais.

Existem alguns fatores que contribuem para a crise dos semicondutores e sua influência na indústria automotiva:

• Aumento da demanda: A demanda por semicondutores tem aumentado em diferentes setores, como eletrônicos de consumo, computadores, dispositivos móveis, IoT (Internet das Coisas) e também na indústria automotiva. A pandemia de COVID-19 acelerou a transformação digital e a demanda por eletrônicos, resultando em uma maior necessidade de semicondutores. Isso criou um desequilíbrio entre a oferta e a demanda, afetando a disponibilidade de semicondutores para a fabricação de carros.
• Interrupções na cadeia de suprimentos: A fabricação de semicondutores é um processo complexo que envolve várias etapas e depende de uma extensa cadeia de suprimentos global. Interrupções causadas pela pandemia, como fechamento de fábricas, restrições logísticas e escassez de matérias-primas, afetaram a produção de semicondutores. Isso resultou em atrasos e reduções na disponibilidade de chips para os fabricantes de automóveis.
• Concorrência por capacidade de produção: A indústria automotiva é um dos principais setores consumidores de semicondutores, mas está em competição com outros setores, como eletrônicos de consumo e telecomunicações, pela capacidade de produção das fábricas de semicondutores. Quando a demanda excede a capacidade de produção, é necessário priorizar setores mais lucrativos ou com maior demanda, o que afeta a alocação de chips para a indústria automotiva.
• Dependência de fornecedores estrangeiros: A maioria dos fabricantes de automóveis depende de fornecedores estrangeiros para o fornecimento de semicondutores. Concentrações geográficas da produção de semicondutores, como Ásia e Estados Unidos, tornaram a cadeia de suprimentos mais vulnerável a perturbações. Restrições comerciais, questões políticas e desastres naturais podem impactar o fornecimento de semicondutores, afetando diretamente os fabricantes de automóveis.

Como resultado desses desafios, muitas montadoras tiveram que reduzir ou interromper temporariamente a produção de veículos. A escassez de semicondutores levou a atrasos na entrega de carros, preços mais altos e uma diminuição na disponibilidade de modelos específicos. A crise dos semicondutores tem sido um obstáculo significativo para a recuperação da indústria automotiva global, exigindo ações coordenadas entre fabricantes de automóveis, fornecedores de semicondutores e governos para resolver esse problema.