Download ELECTRÓNICA FÍSICA / 9 Febrero de 2002

ELECTRÓNICA FÍSICA / 9 Febrero de 2002
1) a) Di en qué puntos cortan los ejes los planos indicados en la tabla
Puntos de corte
con los ejes
plano
x
y
z
(001)
(110)
(111)
(112)
(113)
b) La figura adjunta corresponde un cristal de tipo diamante o zinc-blenda visto a lo largo de la
dirección [110]. Representa dichos planos en la figura
c) Di los valores de las distancias d1 y d2 que se señalan en la figura suponiendo que el parámetro de red
es 0.543 nm. Indica cómo lo calculas
d1=......... nm
d2=......... nm
2) Demuestra que la red recíproca del silicio es de tipo bcc.
3) a)Indica cómo se comportarán de las siguientes impurezas en los semiconductores que se indican.
Utiliza las etiquetas D (= donor), A (=aceptor), D/A (= anfótero), CP (= centro profundo)
o EI (= eléctricamente inactivo).
II
III
IV
V
VI
metales trans
B en Si ....... Cu en Ge ....... Mg en GaN .......
Be
B
C
N
Mg
Al
Si
P
S
Fe
C en Si ....... Fe en InP ....... P en GaAs .......
Ga
Ge
As
Se
Cu
In
Sb
P en Si ....... S en InP ....... C en GaAs .......
b) (i) Representa en el diagrama de enlaces un aceptor sin ionizar y (ii) explica brevemente (y de forma sólo
cualitativa) por qué para un semiconductor dado la energía de ionización es parecida para todos donores
4) Sea el semiconductor cuyas curvas E(k) se muestran en la figura.
2
a) Di el valor de su anchura de banda prohibida: Eg=..........eV
b) Di cuantos mínimos equivalentes habría que considerar para el
cálculo de mn*. Nmin=...........
d) Di si podría ser importante en él la recombinación radiativa y por
qué
1
E - EV (eV)
c) (i) Pon el nombre en la figura a las sub-bandas de la BV
(ii) Di a qué sub-bandas de la BV habría que tener en cuenta para
calcular mp*
0
e) Dibuja las superficies isoenergéticas para E=1.7eV
-1
L
<111>

<100>
X
5) Calcula el valor de las concentraciones de electrones y de huecos en equilibrio y, según proceda, la
posición del nivel de Fermi EF respecto a Ei o el dopado, para una muestra de silicio en las diferentes
situaciones que se exponen en la tabla. Indica también a qué rango de temperaturas corresponde cada una
(“congelación”, “extrínseco”, “intermedio entre intrínseco y extrínseco” o “intrínseco”).
T
(K)
ni
(cm-3)
ND
(cm-3)
NA
(cm-3)
(a)
300
1010
1017
3·1017
(b)
300
1010
(c)
650
1016
0
1014
(d)
700
5·1016
1017
4·1016
n0
(cm-3)
p0
(cm-3)
0
(Puedes indicar aquí, si quieres, las expresiones y operaciones que utilizas)
EF-Ei
(eV)
0.4
Rango de
temperatura
6) En el silicio, un átomo en posición
intersticial tienen dos niveles profundos,
uno donor y otro aceptor, de modo
puede estar neutro, positivo o negativo
(I0, I+ o I-). (Ver figura)
a-c) Representa de todos los posibles procesos de captura en que intervenga este defecto, indicando:
(i) el estado inicial y final de carga, (ii) el tipo de portador capturado y (iii) la energía liberada.
d) Si el semiconductor es de tipo n, ¿cuál será el estado de carga habitual del intersticial?. Justifícalo
muy brevemente.
e) Partiendo del estado de carga de la contestación del apartado anterior, indica cuál será la secuencia
de un proceso de recombinación completo vía intersticial en un semiconductor tipo n en baja
inyección.
7) Contesta muy brevemente:
a) ¿Por qué la ni del GaAs es mucho menor que la del silicio y mucho menor aún que la del Ge?
b) Qué diferencia hay entre “equilibrio” y “condiciones estacionarias”
c) Menciona los efectos que limitan la movilidad de los portadores e indica cuál de ellos dominará en un
semiconductor muy dopado a temperatura ambiente
d) Menciona los tipos de defectos más relevantes que se comportan como centros de recombinación no
radiativa
8) Indica dónde está el fallo de las siguientes afirmaciones:
a) “En un cristal de silicio todos los átomos son de la misma especie química y por lo tanto equivalentes.
Por tanto, en la red primitiva del silicio hay un solo átomo”.
b) “Los huecos tienen carga positiva. Por tanto, si se aplica un campo eléctrico positivo experimentarán una
fuerza positiva. Y como tienen masa efectiva negativa y F=m*·a, experimentarán una aceleración
negativa”.
c) “  = ·J . Por lo tanto, como en equilibrio J es nulo, necesariamente en equilibrio =0”
9) Un semiconductor tipo n a temperatura ambiente (T=300K) tiene una resistividad  =0.1 ·cm,
movilidades n = 1800 cm2V-1s-1 y p = 400 cm2 V-1s-1 y longitud de difusión para los minoritarios Lp =40
m . Calcula:
a) Su dopado efectivo
ND-NA= ............ cm-3
b) El coeficiente de difusión de los minoritarios
Dp = ........... cm2s-1
c) El tiempo de vida de los minoritarios
p = ............ s
d) El exceso de portadores que habría en condiciones estacionarias para una generación por luz de 1011
pares electrón hueco/(cm3·s).
n = ............ cm-3
10) El diagrama de bandas de energía de un dispositivo MOS en condiciones estacionarias está ilustrado
en la figura.
a) Electrostática. Representa la el campo eléctrico y la densidad de carga en función de x en el
dispositivo de la figura
b) (i) Escribe la ecuación de Shockley-Read-Hall
(ii) Suponemos que para el dispositivo que nos ocupa los centros profundos son de un solo nivel con
n = p =  y ET´= Ei. Reescribe la ecuación de Shockley-Read-Hall adaptándola a este caso.
c) Obtén las expresiones para la recombinación neta R en (i) x=0, (ii) x=xF y (iii) x=W y dibuja R(x).
1 nm = 10-3 m = 10-7 cm ; kB=8.614·10-5 eV/K ; 1 eV=1.6×10-19 J ; q =1.6×10-19 C