Lista de Exercícos - Semicondutores

Prévia do material em texto

• Semicondutores 
 
1) Considere uma pastilha de Silício com as dimensões descritas abaixo, na 
temperatura T = 300 K. Dados: in = 1.5  10
10 cm−3, 
n = 1350 cm
2/Vs e p = 
480 cm2/Vs 
a) Se a pastilha é de Si puro (intrínseco), qual deve ser a diferença de potencial 
(V) que deve ser aplicada para circular uma corrente de 1 A ? 
b) Se a pastilha é de Si tipo N, com 
DN = 5  10
14 cm−3 (i.e., adição de 1 átomo 
de impureza para cada 108 átomos de Si) qual deve ser a diferença de potencial 
que deve ser aplicada para circular uma corrente de 1 A ? 
a) 1370 V; b) 56 mV 
 
 
 
 
 
 
 
2) Uma barra de semicondutor tipo N de silício tem comprimento L = 3 mm. As 
faces conectadas aos terminais são metalizadas e têm dimensões de (50100) m. 
A concentração de impurezas doadoras é de 5  1012 cm–3 e a concentração de 
átomos de silício é de 5  1022 cm–3. Considere T = 300 K. A concentração 
intrínseca do silício in = 1.5  10
10 cm–3, a mobilidade dos elétrons n = 1350 
cm2/(V.s) e a mobilidade das lacunas p = 480 cm
2/(V.s). A carga elementar e = 
1.6  10–19 C. 
a) Qual a corrente que flui através da barra devido aos portadores majoritários? 
b) Qual a corrente que flui através da barra devido aos portadores minoritários? 
a) 180 A; b) 576 pA 
100 m 
50 m 
3 mm 
V = ? 
i = 1 A 
 
 
 
 
3) Determine a variação da tensão nos terminais de um diodo correspondente a 
uma variação de 20:1 na corrente que circula através dele. Considere T = 300 K, 
o fator de idealidade  = 2 e a corrente que circula através do diodo muito maior 
que a corrente de saturação reversa (i >> Si ). 
Re: V = 155 mV 
 
4) Qual deverá ser o valor da resistência R na figura abaixo para que a corrente 
através do diodo seja de 0,20 mA? Considere uma queda de tensão de 0,7 V no 
diodo de silício. 
Re: R = 19.8 k 
 
 
 
 
 
 
5) O LED da figura abaixo opera com uma tensão de 2 V e tem especificação de 
potência máxima de 100 mW. Calcule o valor mínimo da resistência R que impede 
o LED de ser queimado. 
27.2  
 
 
 
 
 
 
 
L = 3 mm 
+ 1000 V 
i 
R 
10 k 10 k 
+ 12 V 
+ 30 V 
24  
6  
24  
12  
R 
 
6) A figura abaixo ilustra a resposta espectral de um fotodiodo de Si com área ativa 
de 2 mm2. A corrente de saturação reversa si = 5 nA, T = 300 K e o fator de 
idealidade  = 1. Considere o fotodiodo uniformemente iluminado com luz de 
comprimento de onda  e irradiância I. 
a) Se  = 600 nm e I = 10 mW/cm2, estime a tensão nos terminais do fotodiodo se 
ele é operado no modo fotovoltaico, considerando seus terminais em circuito 
aberto. 
b) Se  = 950 nm e I = 100 mW/cm2, estime a corrente que circula pelo fotodiodo 
se ele é operado no modo fotovoltaico, considerando seus terminais curto-
circuitados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Re: a) V = 250 mV ; b) i = − 1.2 mA 
 
7) Considere um cristal de GaAs puro. O cristal está em equilíbrio térmico na 
temperatura ambiente T = 300 K e a concentração intrínseca in = 1.8  10
6 cm−3. 
Devido à energia térmica, pares elétrons-lacuna são produzidos constantemente, 
existindo um equilíbrio entre as taxas de geração (G) e de recombinação (R), i.e., 
G = R. Considere: 1) A taxa de recombinação R = rnp, com r  2  10−10 cm3/s o 
parâmetro de recombinação elétron-lacuna, n a densidade de elétrons livres e p a 
densidade de lacunas; 2) 50% das recombinações são radiativas. Assuma por 
simplicidade que os fótons emitidos têm a energia do bandgap Eg = 1.42 eV. 
a) Calcule a densidade de potência óptica (em Watts/cm3) emitida pelo cristal; 
b) Determine a frequência da luz emitida; 
c) A qual faixa do espectro eletromagnético pertence essa radiação? 
Re: a) 7.3610−17 W cm−3 ; b) 3.431014 Hz ; c) Infravermelho 
 
8) O que é um LED? Quais suas principais características? 
Re: Um LED é essencialmente uma junção pn feita de um material semicondutor 
de bandgap direto. Para operação, a junção deve ser polarizada diretamente. A 
injeção de uma corrente elétrica através da junção aumenta a taxa de recombinação 
elétron-lacuna, com conseqüente emissão de fótons (no caso das recombinações 
radiativas). A energia do fóton emitido GEh  , com GE a energia do gap.