Introdução a Dispositivos Semicondutores UFPE - Lista de exercícios 2 - 2017.1 (GABARITO)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO 
DEPARTAMENTO DE ELETRÔNICA E SISTEMAS 
 
Disciplina: Introdução aos Dispositivos Semicondutores 
Prof. Joaquim F. Martins Filho 
2a Lista de Exercícios. 
 
Utilize: kB = 1,38 x 10-23 J/K, e = 1,6 x 10-19 C, kBT/e = 26 mV (à temperatura ambiente), 
∈o = 8,85 x 10-12 F/m, h = 6,62 x 10-34 J.s 
 
 
1) Para uma junção p+-n em Si, à temperatura ambiente, com Na = 4 x 1018 cm-3, Nd = 
1016 cm-3, e área A = 2 x 10-3 cm2, calcule (na aproximação de junção abrupta): 
a) A barreira de potencial Vo 
b) O comprimento da região de depleção l, ln e lp. 
c) A carga Q da região de depleção. 
d) O campo elétrico máximo Eo. 
e) A capacitância da junção. 
f) Esboce a densidade de carga ρ(x) e o campo elétrico E(x) na junção. 
 
 
2) Uma junção p+- n de Si com seção reta de área 10-2 cm2 tem concentrações Nd = 1015 
cm-3 e Na = 1017 cm-3. Assumindo os tempos de recombinação τp = τn = 0,1 µs, 
calcule: 
a) A capacitância da junção p-n à temperatura ambiente quando sobre ela é aplicada 
uma tensão de polarização direta de 0,5 V. 
b) A corrente através da junção à temperatura ambiente nesta mesma polarização (0,5 V 
direto). 
c) Assumindo que um diodo foi fabricado com esta junção, e inserindo o diodo num 
circuito retificador de meia onda com resistor de carga R = 1 KΩ, para retificar a 
tensão da rede (f = 60 Hz), explique qual o efeito da capacitância da junção calculada 
no item "a" sobre a forma de onda de saída do circuito (onda retificada). Justifique. 
 
 
3) Mede-se a tensão direta e a corrente de operação de um diodo de junção p - n de Si à 
temperatura ambiente e obtém-se que V = 0,5 V e I = 0,9 mA. Conhecendo-se as 
concentrações Nd = 1015 cm-3 e Na = 1017 cm-3, e assumindo os tempos de 
recombinação τp = τn = 0,1 µs, calcule: 
a) A corrente de saturação reversa à temperatura ambiente (300 K). 
b) A área de seção reta da junção. 
c) A corrente de saturação reversa do diodo se houver um aumento de 10% na 
temperatura do ambiente (T = 330 K). 
d) A corrente direta para V = 0,5V à T = 330 K. 
 
 
4) Em laboratório são feitas medidas de capacitância de junção em função da tensão 
reversa aplicada à uma junção p+-n de Si, com área da seção reta da junção igual a 1,6 
x 10-3 cm2. Obtém-se que para uma tensão reversa de 3,2 V a capacitância é de 18 pF, 
e para uma tensão reversa de 8,2 V a capacitância medida é de 12 pF. Calcule: 
a) A barreira de potencial da junção. 
b) A concentração do dopante do lado n da junção. 
c) A concentração do dopante do lado p da junção. 
 
 
5) Para o circuito retificador de meia onda, com v(t) = 2sen(ωt) em volts e uma 
resistência de carga R = 1 kΩ, considerando o modelo de diodo com Eo = 0,6 V e r = 
400 Ω, obtenha: 
a) A corrente máxima do circuito e a tensão máxima sobre o resistor de carga (VR). 
b) Esboce um período completo de v(t) e VR(t), num mesmo gráfico de tensão versos 
tempo. 
 
 
6) Descreva a estrutura, o princípio físico de funcionamento, a característica I x V, 
símbolo e aplicações do diodo túnel utilizando argumentos físicos, diagramas de 
energia e gráficos. Explique porquê este dispositivo apresenta uma região de 
resistência dinâmica negativa. 
 
 
7) Exercícios adicionais: Problemas 6.1, 6.2, 6.7, 6.8, 6.10, 6.11, 6.14 do livro texto. 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO 
DEPARTAMENTO DE ELETRÔNICA E SISTEMAS 
 
Disciplina: Introdução aos Dispositivos Semicondutores 
Prof. Joaquim F. Martins Filho 
Respostas a 2a Lista de Exercícios. 
 
Respostas: 
 
1) 
a) Vo = 0,85V 
b) l = 326 nm, ln = 325 nm, lp = 8,1 Å 
c) Q = 1,05 x 10-10 C 
d) Eo = 5,2 x 106 V/m 
e) C = 61,3 pF 
f) 
 
 
2) 
a) C = 200 pF 
b) I = 0,93 mA 
c) Nenhum efeito. 
 
 
3) 
a) IS = 4 pA 
b) A = 10-2 cm2 
c) IS = 50 pA 
d) I = 2 mA 
 
 
4) 
a) Vo = 0,78 V 
b) Nd = 6,07 x 1015 cm-3 
c) Na = 8,5 x 1017 cm-3 
 
 
5) 
a) Imax = 1 mA, VRmax = 1 V 
b)