Ficha de Exercícios FSC-1

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Ficha de Exercícios de Física dos Semicondutores 
1. Explique com base na valência dos elementos químicos, porquê o cristal de silício forma-se a partir de ligações 
covalentes? 
2. O que é recombinação e como ela ocorre? 
3. Que diferenças existem na configuração das bandas de energia entre os metais semicondutores e dieléctricos? 
4. Estabeleça a diferença entre os metais e dieléctricos baseando-se nos seguintes aspectos: tipo de cargas livres, variação 
da condutância em função da temperatura e no aspecto bandas de energias. 
5. Quais são os procedimentos que podemos realizar para que um semicondutor possa dispor de portadores livres de carga. 
6. Nas palavras dentro de parênteses sublinhe a mais apropriada para que a seguinte frase esteja correcta: 
7. Os (A: metais B: semicondutores C: dieléctricos) tem coeficiente térmico de resistividade negativa, isto é, com com (D: 
aumento E: diminuição) de (F: intensidade da corrente G: temperatura H: resistividade eléctrica), aumenta a 
condutibilidade eléctrica. Nos (I: metais J: semicondutores L: dieléctricos) verifica-se o contrário: com (M: aumento N: 
diminuição) desta, aumenta a resistência eléctrica. 
8. Nas perguntas 5 e 6 apenas uma afirmação é correcta. Qual é? 
Os semicondutores são materiais: 
A. cristalinos com ligações covalentes polares. 
B. que se situam na tabela periódica de Mendelev, 
entre os metais e ametais com uma estrutura iónica 
C. que possuem na sua última camada, 4 electrões 
de valência; 
D. Nenhuma afirmação é correcta.
9. Continue procurando a única afirmação correcta: 
A. Bandas de energias nos semicondutores resultam do desdobramento dos níveis de energia atómicos mais 
próximos dos núcleos. 
B. Num semicondutor, entre a banda de valência e a banda de condução, existe uma banda de energia proibida 
na qual, os electrões podem permanecer. 
C. Os semicondutores são cristais que possuem seus electrões de valência sempre na banda de condução. 
D. A altura da banda de energia proibida nos semicondutores é menor que a dos dieléctricos. 
E. Nenhuma afirmação é correcta. 
10. O que entende por semicondutor intrínseco e qual é a diferença entre este com um semicondutor quimicamente 
puro? 
11. Quando é que você pode considerar que um determinado semicondutor contêm impurezas? 
12. Conceitue a formação de pares em semicondutores intrínsecos. Qual a relação entre os números de portadores 
em semicondutores intrínsecos? Qual o principal mecanismo para a formação de pares em semicondutores 
intrínsecos? Quais seriam os mecanismos secundários? 
13. Quais são as causas do surgimento da corrente de deriva? 
14. Defina formação e recombinação de portadores de carga? 
15. A expressão do texto: “Como você vê, no caso da condução por lacunas deslocam-se na realidade os electrões 
mas o processo é mais restrito do que na condução electrónica” o que você entende nela? 
16. Explique com base em um exemplo concreto (tomando uma rede de um cristal puro) o processo de criação de um 
semicondutor extrínseco. 
17. Defina semicondutor tipo P e N. 
18. A injecção de impurezas diminui o processo de geração e recombinação dos portadores livres de carga. Justifique 
porquê. Escolha a resposta mais correcta 
A. Num semicondutor do tipo N, a concentração de electrões livres é igual a concentração das impurezas aceitadoras. 
B. Num semicondutor do tipo P, a concentração de lacunas é menor que a concentração de electrões livres. 
C. Num semicondutor extrínseco, a concentração de electrões livres é sempre menor à concentração das lacunas. 
D. Nenhuma das afirmações é correcta 
19. Escolha a afirmação correcta: 
A. Quando adicionamos impurezas pentavalentes ao Germano, níveis de energia são formados imediatamente acima 
da banda de valência 
B. Os níveis de energia de uma impureza tetravalente adicionada ao silício, elevam o número de electrões que passa 
para a banda de condução 
C. Adicionando uma impureza num semicondutor puro aumenta estado de condutibilidade 
D. Nenhuma das afirmações é correcta 
20. Define o fenómeno de difusão e diga qual é a sua origem? 
21. Nas figuras a seguir, desenhe o sentido real da corrente eléctrica dentro do semicondutor e ao longo dos fios da 
corrente eléctrica dentro do semicondutor e ao longo dos fios. 
 
22. Descreva a expressão para a corrente total de um semicondutor, extrínseco descrevendo cada termo. 
23. Verificamos a possibilidade da introdução de impurezas em um material sernicondutor, transformando-o em um 
semicondutor tipo P ou tipo N, dependendo do tipo de impureza adicionada. Entende-se por solubilidade sólida de 
uma impureza a máxima concentração dessa impureza que pode ser “dissolvida” no silício (ou germânio) sólido, a 
uma dada temperatura. (a) Procure explicar fisicamente por que colocamos entre aspas o termo “dissolvida”; (b) A 
máxima solubilidade do arsênio no silício é da ordem de 2 x 1021 átomos/cm3 (Trumbore, 1960). Qual a máxima 
concentração (%) de As que pode ser utilizada em um dispositivo semicondutor de silício? 
24. Considere um material semicondutor em equilíbrio térmico, iluminado por um feixe de luz cuja frequência pode ser 
variada. Um fotodetetor é usado para medir a luz que atravessa o cristal. Pense cuidadosamente e procure explicar 
o que deverá indicar o detetor, à medida que a frequência da luz for variada. 
25. Considere um material semicondutor a uma dada temperatura T. Suponha que um feixe de luz constante é aplicado 
a esse semicondutor. Chamando de G(T) e G(J) as taxas de geração devido à temperatura e à iluminação, 
respectivamente, qual a equação de equilíbrio do sistema? 
26. Calcule a localização do nível de Fermi intrínseco no silício a -78°C, 27°C e 300°C. É razoável supor que o nível 
de Fermi está no centro da faixa proibida? 
27. O zinco introduz no silício os seguintes níveis na faixa proibida; E1, 0,35eV acima do topo da banda de valência; 
E2, 0,2 eV acima de E1. Para um cristal de silício com 2x 1015 átomos/cm3 de As e 0,9 x 1015 átomos/cm3 de Zn, 
calcule: a) a posição do nível de Fermi; b) a concentração de electrões; c) a concentração de buracos. 
28. a) Explique o fenômeno da compensação de impurezas, isto é, a diminuição do número de portadores e da 
condutividade de um cristal quando este contém simultaneamente impurezas tipo P e tipo N; b) Podemos verificar 
se um cristal é intrínseco simplesmente medindo a sua condutividade? Justifique. 
29. Calcule n, p e EF para um cristal de silício contendo 1,1 x 1016 átomos/cm3 de boro e 9 x 1015 átomos/cm3 de fósforo 
a 27 0C. 
30. Descreva dois métodos para verificar experimentalmente se um semicondutor é tipo P ou tipo N. 
31. Calcule a resistividade de um cristal de silício com 1,4 x 1016 átomos de fósforo por cm3 e 1,0 x 1016 átomos de 
boro por cm3, à temperatura de 27 0C. 
32. Uma pequena concentração de portadores em minoria é injetada em um ponto de um cristal semicondutor 
homogêneo. Um campo elétrico de 10 V/cm é aplicado ao cristal; esse campo faz com que os portadores injetados 
percorram uma distância de 1cm em 250 µS. Calcule a velocidade de deriva e o coeficiente de difusão dos 
portadores em minoria. 
33. A resistência: de um cristal de germânio tipo P (figura a seguir), entre os planos A e 
B, é igual a 100 a 3000K. Calcule a concentração de electrões e buracos na 
amostra. Sabendo que para o germânio a 27°C, ni=2,4x1013cm3; µp=1900cm2/V-s; 
µn = 3900cm2/V-s.