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• Víctor Alberto Madrid Espichan

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Ciclo 2017-II Prof. Ing. L.Farro

Cuestionario Nro. 1 - Semiconductores

1.- En un semiconductor extrínseco de tipo p la conducción a bajas temperaturas se debe al movimiento de: a) Los electrones activados térmicamente. b) Los huecos. c) Los electrones y huecos. d) No hay conducción neta a bajas temperaturas. 2.- En un semiconductor intrínseco la conductividad está controlada por: a) La movilidad y la temperatura. b) La temperatura y la concentración de dopante. c) La temperatura, movilidad y la brecha o nivel prohibido, Eg. d) La concentración de dopante. 3.- ¿Cuál de los siguientes elementos permite obtener semiconductores de silicio tipo n, donadores?: a) Fósforo, P. b) Aluminio, Al. c) Boro, B. d) Germanio, Ge. 4.- En un semiconductor tipo n la conducción a alta temperatura se debe a: a) Electrones donadores. b) Electrones donadores y electrones activados térmicamente. c) Electrones donadores, huecos y electrones activados térmicamente. d) Huecos y electrones activados térmicamente. 5.- Los electrones se ordenan en los sólidos cristalinos metálicos en: a) Orbitales atómicos de baja energía. b) Bandas continuas de energía.

c) Orbitales atómicos separados. d) Bandas de estados de energía muy próximos. 6.- El campo eléctrico acelera los electrones de un metal que están situados en: a) La banda de valencia. b) La banda de conducción. c) Fuera del átomo. d) Es independiente de la banda en la que estén situados. 7.- La estructura electrónica de los semiconductores está formada por: a) Dos bandas de energía con algunos estados superpuestos. b) Dos bandas de energía, con electrones conductores en la de conducción. c) Bandas de valencia y conducción, separadas por un intervalo prohibido de energía. d) Bandas de valencia y conducción coincidentes. 8.- En los semiconductores, los agentes activos de conducción son: a) Los electrones de la banda de valencia. b) Los huecos de la banda de valencia. c) Los electrones de la banda de conducción. d) Electrones y huecos. 9.- Un semiconductor que contiene elementos químicos con la capa electrónica de valencia diferente a la de los del semiconductor se denomina: a) Extrínseco. b) Intrínseco. c) Débilmente extrínseco. d) No recibe ningún nombre especial. 10.- Los parámetros que inciden en la conductividad de un semiconductor intrínseco son: a) Temperatura, movilidad y diferencia energética entre bandas. b) Temperatura y movilidad. c) Concentración de portadores de carga libre. d) Energía prohibida y concentración de portadores de carga libre. 11.- La concentración de portadores de carga, en los semiconductores extrínsecos: a) Disminuye en el rango de bajas temperaturas por actuar la agitación térmica de la red cristalina. b) Disminuye a altas temperaturas al disminuir la movilidad. c) Aumenta en el rango de bajas temperaturas por actuar los dopantes como promotores del mecanismo conductor.

d) Ninguna es correcta ya que la concentración de portadores de carga es independiente de la temperatura en los extrínsecos. 12.- La naturaleza del dopante incide en: a) Aumento de la energía de la banda prohibida, disminuyendo la población de portadores de carga libre. b) Disminución de la energía de la banda de energía prohibida, aumentando la concentración de portadores libres. c) El valor de la energía de ionización y por tanto en una mayor aptitud para suministrar portadores de carga libre. d) El mecanismo de conducción, intrínseco o extrínseco. 13.- La diferencia entre la estructura electrónica de un metal y un semiconductor radica en: a) La diferencia de población electrónica en la banda de conducción. b) La inexistencia de una banda de energía prohibida en el metal separando las bandas de valencia y conducción. c) Un mayor valor de la energía prohibida en el semiconductor que en el metal. d) La inexistencia de banda de valencia en los metales. Indicar si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) La difusión tiende a homogeneizar las concentraciones. b) Los procesos de difusión, aunque suponen movimientos de carga, no dan lugar a corrientes eléctricas en el semiconductor. c) La corriente de difusión de huecos es proporcional al gradiente de la concentración de huecos. d) A mayor número de huecos, mayor número de recombinaciones. e) Si por causas externas al semiconductor se genera un exceso de electrones y huecos, al desaparecer esta las condiciones de equilibrio no vuelven a alcanzarse. f) Para el cálculo de las intensidades de corriente en los semiconductores es suficiente con considerar lo que les sucede a los electrones. g) La ecuación de continuidad se obtiene al plantear el principio de conservación de carga a un semiconductor.

h) La ecuación de continuidad nos da la variación de las concentraciones de huecos y electrones. i) En la ecuación de continuidad no interviene la generación de pares electrón – hueco. j) La inyección de portadores de carga en un punto de un semiconductor implica la aparición de procesos de difusión.

k) La inyección de portadores de carga en un punto de un semiconductor hace que los electrones y los huecos se muevan con igual facilidad a lo largo del semiconductor. l) La inyección de portadores de carga en un punto de un semiconductor hace que aparezca un campo eléctrico, y como consecuencia una corriente, en el interior del semiconductor. m)En los semiconductores extrínsecos que presentan diferencias en el dopado no se puede plantear el principio de conservación de la carga. n) En los semiconductores extrínsecos que presentan diferencias en el dopado, aparece un campo eléctrico en el interior del semiconductor. o) En los semiconductores extrínsecos que presentan diferencias en el dopado la presencia del campo no implica que aparezcan diferencias de potencial en el semiconductor.

Problemas propuestos nro. 1

Prob.1: Una muestra de Ge está contaminada uniformemente con átomos de aluminio, donde una concentración de impurezas de 5 x 10 16 cm-3. A 300ok la concentración de portadores intrínsecos es aproximadamente 2 x 10 13 cm-3. Calcular las concentraciones semiconductor.

aproximadas

de

huecos

y

electrones

en

este

Prob.2: A la temperatura ambiente la concentración de portadores intrínsecos del Ge es aproximadamente 2 x 1013 cm-3, consideremos una muestra de Ge que tenga una concentración de donantes ND= 5 x 1014 cm-3 y no tenga aceptadores. Estimar las condiciones en equilibrio de huecos y electrones. Prob.3: Si una barra de Ge se dopa con Indio (grupo III de la tabla periódica) en una concentración de 2 x 1012 átomos/cm3 a una temperatura de 300ok. Calcular las concentraciones de electrones y huecos en el semiconductor en estas circunstancias. Dato: ni (a 300ok)= 2.36 x 1013 cm-3. Prob.4: Tenemos una muestra de silicio a la temperatura ambiente. Se contamina con 1016 cm-3 átomos de fosforo (ND=1016 cm-3), se pide calcular la concentración aproximada de huecos y electrones. Prob.5: Para el germanio intrínseco a la temperatura ambiente (300 ok). ¿En que tanto por ciento aumenta ni (T) cuando la temperatura aumenta en un grado? Prob.6: Una muestra de silicio está contaminada uniformemente con átomos de fosforo, con una concentración de 10 13 cm-3 a la temperatura de interés a la concentración de portadores intrínsecos es de 1.5 x 10 10 cm-3 y las movilidades con μn= 1,300 cm2/v-s y μp= 500 cm2/v-s. Prob.7: Calcular la resistividad de un sustrato de silicio dopado con 10 18 átomos/cm3 de elemento dopante. Datos: μn= 300 cm2/v-s, e= 1.6 x 10-19 coul. Prob.8: Calcular la resistividad de un sustrato de GaAs dopado con 1018 átomos/cm3 de elemento dopante tipo aceptor, a la temperatura ambiente. Dato: μp= 190 cm2/vs. Prob.9: Un sustrato semiconductor de Si de 1 mm 2 de sección, se utiliza para diseñar una resistencia. La concentración de dopado p es de 5 x 1016 átomos/cm3. Se pide: a) Calcular la resistencia eléctrica para las dimensiones a= 100 mm, l= 500 mm, h= 0.1 mm.) b) La densidad de corriente que circula para una tensión de 5v. c) Concentracion de dopante para R= 100 ohmios.

Prob.10: La concentración intrínseca de portadores ni del silicio a 300 ok es 1.6 x 1016 m-3. Calcular la conductividad intrínseca. Datos: μn= 0.15 m2/v-s y μp= 0.05 m2/v-s. Prob.11: a) calcular la concentración de huecos y electrones de germanio tipo p a 300ok, si la conductividad es 100 Ω-cm-1. b) Para el silicio tipo n, la conductividad es 0.1 Ω-cm-1. Hallar las concentraciones de huecos y electrones. Prob.12: Obtener la concentración de electrones libres y huecos en una muestra de germanio a 300ok que tiene una concentración de átomos donadores igual a 2 x 10 14 cm-3 y una de aceptadores de 3 x 1014 cm-3. Dato: ni (Ge)= 2.5 x 1013 cm-3. a) ¿La conductividad se debe fundamentalmente a los electrones o a los huecos?. Explique. b) ¿Si las concentraciones son iguales de donadores y aceptadores de 10 15 atomos-cm-3, de que tipo es el germanio? Prob.13: Representar los modelos temperatura de 0ok y de 300ok.

de

bandas

aceptores

y donadores

a

la

Prob.14: Un mono cristal de Ge dopado con átomos de fosforo, esta tallado en forma de lámina de espesor de d=10-4 m. Entre sus dos caras existe una diferencia de potencial de 4 voltios. Siendo la resistividad y la movilidad entre ellas de ρ= 0.1 Ω-m y μn= 0.39 m2/v-s, resistividad a temperatura ambiente. Calcular: a) Tiempo que emplea un electrón de conducción en atravesar la lámina. b) Concentracion (Nd) de donadores.

Prob.15: Calcular los valores de potencial entre dos puntos x1 y x2 de un semiconductor tipo p de dopado no uniforme p(x). Prob.16: a) Probar que la resistividad del Ge intrínseco a 300 ok es de 45 Ω-cm. b) Si se añade una impureza donadora en una proporción de 1 átomo por 108 átomos de Ge. Comprobar que la resistividad desciende a 3.7 Ω-cm.

Prob.17: Considerar el Ge intrínseco a 300ok ¿En qué tanto por ciento aumenta la conductividad cuando la temperatura aumenta en 1 ok?

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