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Practica #2 Etn-501
Practica #2 Etn-501
Practica #2 Etn-501
3.- Suponer una oblea de silicio, otra de arseniuro de galio y otra de germanio tienen igual
concentración de átomos dopantes, N D 1013 cm3 , N a 2.5 x1013 cm 3 a 300º K .
para cada una de las tres obleas: a) ¿De qué tipo es el semiconductor?, b) calcular n y p.
4.- En una oblea de germanio de tipo N hay un átomo donador por cada 108 átomos de
germanio. Se pide determinar: a) si la temperatura es de 400ºK, ¿a qué distancia del borde
de la banda de conducción está el nivel de Fermi?, b) ¿Dónde estaría EF si se añaden
impurezas hasta tener un átomo donador por cada 103 átomos de germanio?
Datos: peso atómico de germanio es 72.59, densidad de germanio es 5.32 g / cm3 .
5.- Calcular la concentración de electrones y huecos en una muestra de silicio a 300ºK que
tiene una concentración de átomos donadores N D 2 x1014 cm 3 y de aceptores
N A 3 x1014 cm 3 . Dibujar el diagrama de bandas ¿ Cuánto vale EC EF ? .
8.- Suponiendo que la masa efectiva de los huecos en un cierto metal es cuatro veces la de
los electrones, ¿a qué temperatura el nivel de Fermi sería cambiado en un 10% desde la
mitad de la brecha de la energía prohibida?. Suponer que la energía de la brecha es 1.1eV.
Solución: 613ºK
9.- La concentración intrínseca en un semiconductor se expresa como ni n. p donde n y
p son la concentración de los electrones y huecos respectivamente en equilibrio, a)
Desarrolle esta expresión en función de las características del semiconductor y las variables
del sistema, b) Calcule la concentración intrínseca de electrones para el silicio sabiendo
que: EG 1.12eV , me* 0.98me , mh* 0.49me , me 9.11x1031 Kg .
Solución: 5.786 x1013 m 3
11.- Se sabe la masa efectiva de los huecos en un material es 4 veces la de los electrones.
¿A que temperatura el nivel de Fermi estará un 20% por encima del punto medio de la
banda prohibida EG 1.2eV
12.- Considere un silicio de tipo N con una energía de donador de 45meV por debajo de la
banda de conducción. La muestra está adulterada a 1017 cm 3 . Calcule la temperatura a la
que el 90% de los donadores están ionizados.
13.- En una muestra de GaAs a 300 K, el nivel de Fermi coincide con el borde de la banda
de valencia. Calcule la densidad de electrones empleando: a) medio integral de Fermi-Dirac
F1 / 2 (5) , b) aproximación de Joyce-Dixon tomando en cuenta el criterio de nivel de Fermi
deba ser 5k B T dentro de la banda antes de que el material pueda ser llamado
degenerado.
14.- Una muestra de Ge tipo N posee una concentración de impurezas donadora dada por
N D 1015 cm 3 . Determinar la concentración de electrones y huecos a 500ºK sabiendo
que la concentración intrínseca a 300ºK es 2.4 x1013 cm 3 y E G 0.67eV .
16.- Una muestra semiconductora de tipo N a T = 300 K tiene una resistividad de 5cm .
Se conocen los siguientes datos
n 1600cm 2 / Vs, p 600cm 2 / Vs, ni 1.4 x1010 cm 3 .
La densidad efectiva de estados en la banda de conducción es N C 1019 cm 3 . Se pide
calcular: a) la concentración de electrones y huecos, b) la posición de nivel de Fermi,
c) la probabilidad de que un estado del nivel donador y la probabilidad de que esté vacío si
E C E D 50meV .
17.- Se tiene una muestra de tipo N de GaAs a T = 300 K. La concentración de electrones
varía linealmente desde 1018 cm 3 a 7 x1017 cm 3 en una distancia de 0.1 cm.
Calcular la corriente de difusión a 450 K, si el coeficiente de difusión para los electrones es
Dn 225cm 2 / s.
19.- En una muestra de AsGa de tipo N a 300 K, la densidad de aceptores está en función
de x, tal que N A N o e 0 , x 0 0.5m. Calcular el campo eléctrico interno, densidad
x/x
22.- Una muestra de germanio intrínseco a 300ºK se dopa con una concentración de
donadores N D 2 x1014 cm 3 y de aceptores N A 3 x1014 cm 3 . se pide hallar:
a) Concentración de electrones y huecos resultante del dopado, indicando el tipo de
semiconductor obtenido. Dibujar el diagrama de bandas, b) Si las concentraciones de
impurezas fueran N D N A 1015 cm3 , ¿Qué tipo de de semiconductor resultaría?,
c) Si se aplica un campo eléctrico E 2(V / m), ¿cuál sería la densidad de corriente en los
apartados (a) y (b)?. Datos: n 3600(cm 2 / Vs, uh 1700(cm2 / Vs
23.- Calcule la densidad efectiva de estado para las bandas de conducción y de valencia del
GaAs a 450 K.
25.- En una muestra de Silicio tipo P a 300 K, la densidad de aceptores es una función de
x, tal que: N A ( x) N o e o , xo 0.5m . Calcular el campo eléctrico interno, la
x/x
26.- Un semiconductor intrínseco tiene una brecha prohibida EG 0.2eV . Las mediciones
muestran que la resistividad a temperatura ambiente (T = 300ºK) es de 0.3m. ¿Cómo
sería su resistividad a 350ºK?. Solución: 0.17m
27.- ¿Cuántos gramos de fósforo hay que agregar a 100 g de germanio para obtener una
resistividad de 0.2cm a temperatura ambiente?. Suponer que la distribución uniforme
del fósforo en el germanio y considerar que la movilidad de los electrones 3600(cm2 / Vs ) ,
siendo la densidad del germanio 5.36( g / cm3 ) y el peso atómico del fósforo de
30.9( g / mol ). Justifique todas las suposiciones realizadas para hacer los cálculos.
Solución: 8.32 x106 g
3ni
28.- Una pastilla de germanio es dopado con densidad de átomos donadores de .
2
Calcular la densidad de electrones y huecos.
29.- Calcule las energías del donador y aceptor en el germanio y el radio de la órbita en el
estado fundamental. Datos:
ml* 1.64me , mt* 0.082me , mhh *
0.28me , mlh *
0.044me y r 16 .
32.- Un nuevo semiconductor tiene una banda prohibida EG 0.9eV y se corta en forma
de paralelepípedo de longitud L = 0.6 mm y sección A 0.1.mm 2 . Se han introducido
dopantes donadores y aceptores, N D y N A , en todo semiconductor. Esto sitúa el nivel
de Fermi a 0.2 eV por debajo del nivel intrínseco a temperatura ambiente. De los dos tipos
de dopantes, solamente se conoce N D 2 x1015 cm 3 . Se pide calcular: a) N A , b) Se
calienta el semiconductor hasta 550ºK y se la aplica una diferencia de potencial de 1.2 eV.
Calcular la intensidad de corriente total a través de él.
Datos:
EG 0.0eV ; N C NV 3 x1019 cm 3 ; n 1000(cm 2 / Vs ); p 500(cm2 / Vs ) .