Trabajo Práctico 4: Semiconductores Extrínsecos

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Física de Semiconductores
Curso 2008
Ing. Electrónica, 3er. Año, V cuat.
Trabajo Práctico Nro. 4: Semiconductores extrínsecos.
1- Indicar cómo determinar la concentración de electrones y huecos para un
semiconductor tipo N y para un semiconductor tipo P. Indicar las relaciones entre n y p
en cada caso.
Semiconductor tipo N
E
gc(E)
EC
f(E)
EF
EFi
1 - f(E)
EV
gv(E)
f(E)=0
f(E)=1
Semiconductor tipo
E
P
gc(E)
EC
f(E)
1 - f(E)
EFi
EF
EV
gv(E)
f(E)=0
f(E)=1
2- Determinar el valor de p y n para silicio a T= 300ºK si EF está 0.22 eV por encima
de la banda de valencia. (Justificar aproximaciones ).
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3- Suponiendo muestras semiconductores de silicio, germanio y arseniuro de galio
cada una con concentraciones de dopantes: Nd = 1013 cm-3 y Na = 2.5x1013 cm-3 a
T = 300 K calcular n y p para cada muestra e indicar si el material es de tipo P o de
tipo N. Comparar y sacar conclusiones.
4- Una muestra de silicio a T = 300 ºK está dopada con Boro (B, Gr. III) en una
concentración 1.5x1015 cm-3 y con arsénico (As, Gr. V) 8x1014 cm-3.
a) Determinar la concentración de electrones y huecos
b) ¿El material es tipo P o tipo N? Justificar la respuesta
c) Repetir a) y b) a una temperatura T= 600 ºC. ¿Qué conclusiones pueden
extraerse de la comparación de resultados sobre el comportamiento del sistema
con la temperatura?
5- a) Determinar la posición del nivel de Fermi con respecto al nivel de Fermi
intrínseco, y la concentración de electrones y huecos en silicio a T= 300ºK
dopado con átomos de Fósforo en una concentración de 1015 cm-3
b) Repetir si en lugar de Fósforo se dopa con Boro con la misma concentración de
impurezas.
6- Una muestra de silicio tipo N tiene una resistividad de 5 cm a 300ºK.
a) Estimar la concentración de electrones y huecos a T= 300ºK.
b) Completar la siguiente tabla encontrando la concentración de electrones (n),
huecos (p) y la resistividad de la muestra () en función de la temperatura.
Suponer que n y p no varían con la temperatura y despreciar las variaciones de
EG con la temperatura.
c) Comparar con el caso de silicio intrínseco del problema 6 de la práctica 3. Sacar
conclusiones respecto al comportamiento de la muestra con la temperatura. ¿Cómo
conviene usar a los semiconductores puros o dopados? Justificar.
n [cm-3]
p [cm-3]
 [cm]
350
Temperatura
[ºK]
400
500
600
7- Dos mecanismos de dispersión están presentes en una muestra de material
semiconductor. Se mide la movilidad cuando uno sólo de esos mecanismos está
presente resultando 1 = 800 [cm2/Vs]. Si sólo el segundo mecanismo está presente
se mide una movilidad 2 = 200 [cm2/Vs]. ¿Cuál será la movilidad resultante  si
actúan los dos mecanismos simultáneamente?
8- El siguiente gráfico relaciona el nivel de Fermi en Si dopado respecto al nivel de
Fermi intrínseco en función de la temperatura y de la concentración de impurezas.
Analizando el gráfico sacar conclusiones sobre el comportamiento del sistema:
a) A una misma temperatura, qué sucede al aumentar la concentración de dopaje de
impurezas?
b) Para un dado dopaje de impurezas, qué sucede al aumentar la temperatura?
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9- Se tiene una barra de silicio de L= 0.5 cm de longitud y área A= 0.02 cm 2 a la
que se le aplica una diferencia de potencial de 10 V entre sus extremos.
I
L
+
V
-
ni= 1.5x1010 cm-3
n = 1350 cm2/Vs
p= 480 cm2/Vs
T= 300ºK.
Area A
Calcular:
a) la resistividad de la muestra
b) la resistencia de la barra
c) la velocidad de arrastre de electrones y huecos
d) la corriente que circula
10-
Utilizando el gráfico de la resistividad del Silicio vs. la concentración de
impurezas a T=300ºK, calcular la resistencia entre contactos del 'chip' mostrado
en la figura que sigue:
0. 1cm
0.01cm
0.5 cm
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a)
b)
c)
d)
Para Silicio dopado con 1015 [cm-3], 1016 [cm-3], 1017 [cm-3] átomos donadores
Para Silicio dopado con 1015 [cm-3], 1016 [cm-3], 1017 [cm-3] átomos aceptores
Para Silicio intrínseco
¿Qué conclusiones se pueden extraer al comparar los resultados?
11- Determinar la concentración de impurezas necesaria para fabricar una resistencia
de 500  con una barra de silicio tipo P de 1 cm de longitud y 10 -2 cm2 de
sección.