2013/1C 1ra Fecha

Dispositivos Semiconductores
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1º Cuatrimestre de 2013
1ra fecha de parcial
24 de Mayo de 2013
Nombre y apellido: _______________________________
Padrón: _________
Nº Examen: ______
• Todos los ejercicios del parcial deben estar correctamente planteados.
• Se considerará: La claridad y síntesis conceptual de las respuestas y justificaciones, los detalles de los
gráficos/circuitos, la exactitud de los resultados numéricos.
• Cada ejercicio debe resolverse en hojas independientes.
Problema 1
Problema 2
Problema 3
Problema 4
Calificación Final
1) Se tiene una oblea de Si a temperatura ambiente, dopado con B con una concentración de
impurezas de 2 x 1017 cm-3. Justificando brevemente y claramente responda:
a) Calcule la concentración de electrones y huecos en el material. Estime la movilidad de los
electrones y huecos y calcule la resistividad del material. Puede ayudarse con el gráfico de la
fig. 1.a.
b) Si con este material se construye un resistor de 1 µm x 1 µm de sección y 15 µm de largo con
la geometría de la Fig. 1.b, calcular la resistencia del resistor, vista entre sus caras externas.
c) Si en cambio se dopa al material con una concentración de átomos de P con un perfil de
dopaje como el de la figura 1.c, graficar, en función de la posición x la densidad de corriente
de difusión de mayoritarios, y la densidad de corriente total de mayoritarios. Considere
Dn = 36 cm2/s y Dp = 12 cm2/s.
2) En la figura 2 se muestra el esquema de una juntura MOS. El óxido de 15 nm de espesor fue crecido
sobre un sustrato tipo N dopado con una concentración de impurezas ND= 1016 cm-3. El gate está
formado por polisilicio fuertemente dopado. La tensión de banda planas vale V FB = -190 mV y el valor
absoluto de la tensión de umbral es |VT| = 0.7 V.
a) ¿El polisilicio es tipo N o P?
b) ¿Qué es la tensión de umbral VT? ¿Cuál es el signo de VT? . Si se aplica VGB = VT, calcule la
caída de potencial en el semiconductor, la caída de potencial en el óxido, el ancho de la zona
de deserción en inversión xd-INV.
c) Para las siguientes tensiones de compuerta: VGB = VT, VGB = VFB , VGS = 5V, y VGS = -5V
grafique, en función de la posición x, la densidad espacial de carga
ρ(x), el potencial eléctrico Φ(x), y las concentraciones de huecos p(x) y de electrones n(x) (en
escala logarítmica), indicando claramente los valores que toman esas magnitudes en los
distintos puntos. Dejar expresados cuando sea posible los valores en función de N D, xd-INV, ni,
y demás parámetros (no es necesario calcular los valores numéricos).
3) Para el circuito de la fig. 3, considerando los siguientes datos: μ pCox = -40 μA/V2, VT=-0,9 V,
RG1 = 300 kΩ , RG2 = 600 kΩ , R = 100 kΩ, VDD = 3,3 V, se pide:
a) Hallar la relación W/L del transistor MOSFET tal que IDQ = -12,8 μA.
b) Suponiendo que ahora se puede variar RG1 para barrer VGS, hallar el rango de valores para los
cuales el MOSFET se encuentra en saturación.
c) Explique brevemente que es el “pinch off”. ¿La densidad de carga libre en el silicio en dicho
punto es nula?
d) Realizar la recta de carga en el plano |ID|-|VDS| para las condiciones de “a)” explicando como se
construye y para qué sirve. Identifique en dicho plano las condiciones del punto “b)”.
4) Para el transistor TBJ de la fig. 4, con β = 350, VCC = 3.3 V, R = 47 kΩ y RB = 470 Ω:
a) Explique concisamente cómo se produce el efecto transistor en el TBJ. Realice un diagrama
de portadores minoritarios indicando en el mismo todas las corrientes de e - y h+ involucradas.
b) Para el circuito de la figura 4, encuentre el valor de V BB para que en el modelo de pequeña
señal gm = 200 mS. Explique qué representa gm ayudándose de las curvas características del
transistor.
c) Explique qué representa rπ y calcule cuánto vale.
d) ¿Qué es la “Tensión de Early” (V A)? ¿A qué fenómeno físico está asociado y cómo debe
construirse el TBJ para que VA sea lo más grande posible?
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1ra fecha de parcial
24 de Mayo de 2013
Fig 1.b
Fig. 1.a
Fig 1.c
Fig. 3
Fig. 2
Fig. 4
2