PROBLEMAS RESUELTOS
DE
FÍSICA

EJERCICIOS RESUELTOS

FISICA DE SEMICONDUCTORES

  Estás en >

Matemáticas y Poesía

problemas resueltos

Si estas cuestiones de física de semiconductores te han sido de utilidad, ... ayúdanos, ˇRecomiéndanos!
 

Enunciado 51

Considérese el esquema de la figura adjunta.

Circuito electrónico

Se pide determinar:
a) la conductividad del material.
b) sí \( B = 0;1 Wb/m^2 \; y \; V_{12} = 4 mV\) , calcular la movilidad de los portadores. Buscar el tipo de semiconductor.
c) sí I proviene de un convertidor de tensión corriente, tal que \( I = k·V\; y \; B = k'·I\) obténgase \( V_{12}(I) \)
Nota.- supóngase que la velocidad de desplazamiento de los portadores es la misma, es decir \( v_p = v_n\)

Enunciado 52

Representar de forma gráfica y una dimensión los conceptos de unión metalúrgica, zona de transición, regiones metras y contactos únicos de la unión pn.

Enunciado 53

Se considera una unión graduar en el equilibrio, cuya distribución de impurezas \( N(x) \) varía del siguiente modo:
    \( \displaystyle \begin{array}{l}
    N(x) = -N_a\quad para\quad x\leq \frac{- N_a}{a} \\
     \\
    N(x) = a·x\quad para \quad -N_a\leq x\leq \frac{N_d}{a} \\
     \\
    N(x) = N_a \quad para \quad x\geq \frac{N_d}{a}
    \end{array} \)
Donde a es una constante. Demostrar que:
a) la barrera de potencial es:
    \( \displaystyle V_o = \ln \frac{N_d·N_a}{n_i^2} \)
b) la distribución del campo eléctrico vale:
    \( \displaystyle \epsilon = \frac{q·a}{\varepsilon_s}\left(\frac{x^2}{2}- \frac{w^2}{8}\right) \)
c) la distribución de potencial es:
    \( \displaystyle \Psi = \frac{q·a}{\varepsilon_s}\left(\frac{w^2}{8}·x- \frac{x^3}{6}\right) + C\)
Dónde C es una constante de integración.
d) la anchura de la zona de transición:
    \( \displaystyle W = \frac{12}{q·a}\varepsilon_sV_o \)
Aunque no es rigurosamente exacto, se supone que se cumple
    \( \displaystyle \frac{d \Psi}{dx} = 0 \)
Y qué:
    \( \displaystyle V_o = \Psi\left(\frac{W}{2}\right)- \Psi\left(\frac{-W}{2}\right)
    \)

Enunciado 54

Deducir la expresión:
    \( \displaystyle n_p(-x_p) = n_{po}(-x_p)·\exp \left(\frac{V}{V_T}\right) \)
Considerando la hipótesis de baja inyección.

Enunciado 55

Diodo largo. Cuándo
    \( W_p >> L_n \; y \; W_n > >L_p \)
La recombinación hace que se anule el exceso de portadores minoritarios indicados en las regiones neutras antes de llegar a los contactos metálicos. Demostrar que con un esta aproximación la corriente de saturación adopta la siguiente forma:
    \( \displaystyle I_s = A·q·n_i^2 \left(\frac{D_n}{N_a·L_n} +\frac{D_p}{N_d·L_p} \right) \)
Diodo corto. En este caso
    \( W_p << L_n \; y \; W_n <<L_p \)
Y la recombinacion en las regiones neutras se considera nula. Demostrar que:
    \( \displaystyle I_s = A·q·n_i^2 \left(\frac{D_n}{N_a·W_p} +\frac{D_p}{N_d·W_n} \right) \)
Enunciado 56

A 300 ºK se dopa una unión pn de Si con \( 10^{21} \:m^{-3} \) de B (elemento del grupo III del sistema periódico) la región p y con \( 10^{20} \:m^{-3} \) de P ( elemento del grupo V) la región n. Calcular:
a) la altura de la barrera de potencial, \( V_o \), cuándo \( 1,5·10^{20} \:cm^{-3} \)
b) la anchura de la zona de transición en cada lado de la unión \( x_p \: y \: x_n \), cuándo se aplica a la unión una tensión V = - 10 V. ¿ qué sugiere decir el resultado de esa anchura?. \( \varepsilon_s = 1,06·10^{-12}F·cm^{-1} \)
c) la capacidad de transición correspondiente a la atención de -10 V, sí la sección recta de la Unión es de \( 10^{-8} \:m^2 \).
d) la tensión mínima, \( V_r \) (tensión de ruptura) para que se produzca el fenómeno de ruptura por avalancha. Supóngase que esto ocurre cuando el valor del campo llega a ser \( \varepsilon = 1,5·10^7\:V·m^{-1} \).

Enunciado 57

Se considera una unión abrupta de silicio a 300 ºK, que inicialmente no está polarizada. A continuación se hace pasar una corriente de 1 mA a través de ella, de modo que queda polarizada negativamente. La densidad de dopaje de ambos lados de la unión es de \( 10^{21} \:m^{-3} \) y el área de la sección recta de la unión es de \( 10^{-6} \:m^2 \). Calcular el tiempo que ha de pasar para que la tensión de polarización alcance los -10 V.(hallar en primer lugar la carga del diodo cuando la polarización es de -10 V, a partir de la barrera de potencial y de la anchura de está). Datos:

    \(n_i = 1,5·10^{10}\:cm^{-3}\;; \; \varepsilon_s = 1,06·10^{-12}\:F·cm^{-1} \)
Enunciado 58

A la temperatura ambiente (300 ºK) en un diodo de Si \( pn^+ \), es decir, con la región n fuertemente dopada, se conocen, entre otros los siguientes parámetros:
    \( W_p = 100\mu m \,,\, D_n = 20 cm^2 s^{-1}\, ,\, \tau_n = 0,2\mu s \:;\: A = 10^{-3} cm^{-3} \)

Donde A es área de la unión.

Calcular:
a) la concentración en exceso de electrones en el lado p en función de la distancia de la unión, cuando la corriente es I = 1,2 mA.
b) la carga eléctrica almacenada en la región neutra del lado p.
c) los parámetros principales del circuito equivalente para pequeña señal con la corriente I, esto es, la resistencia diferencial o dinámica y la capacidad de difusión.

Enunciado 59

Se tiene una célula solar, cuya iluminación hace que funcione como un diodo de Si normal con polarización V > 0. En oscuridad ya la temperatura ambiente se tiene:

    \( I_s = 3,3 \,nA \: ,\: \alpha = 1,3 \)
Donde alfa es el factor ideal de operación que aparece en el término \( e^{V/V_T} \) y \( A = 1,7 cm^2\, ,\, r_i = 0,8 ohms \) es la resistencia interna del dispositivo.
Cuando la célula recibe los solar, en la resistencia de carga exterior se tiene una corriente \( I_L = 36 mA \) . Calcular:
a) la tensión \( V_{OC} \) correspondiente al circuito abierto (I = 0).
b) la relación entre la resistencia de carga externa, \( R_L \) y la corriente I. ¿Es I mayor o menor que 0?.
c) a partir de la condición de máxima potencia de salida, \( P_m \), las magnitudes máximas de \( I\,,\, V \:y\: R_L \). Con los resultados obtenidos de estas magnitudes, de terminar también \( P_m \).
d) el factor de curva FF qué es una medida del llenado de la característica I-V de la célula solar.

Enunciado 60

Las regiones p y n de una unión abrupta en un lingote de Si cine resistividades de 0,013 y 44,5 ohm.cm, respectivamente.
a) en condiciones de equilibrio y a la temperatura ambiente, mirar el valor de la barrera de potencial \( V_o \), y representar el diagrama de bandas de energía.
b) representar el diagrama de bandas con polarización directa y con polarizacion inversa y explicar sus efectos. Datos:
    \(n_i = 1,6·10^{10}cm^{-3}\, ,\, \mu_p = 480 cm^2V^{-1}s^{-1} \, ,\, \mu_n = 1400 cm^2V^{-1}s^{-1} \)
PROBLEMAS RESUELTOS DE FÍSICA
ELECTRÓNICA DE SEMICONDUCTORES
Otros usuarios de Matemáticas y poesía también han visto:




tema escrito por: José Antonio Hervás