to get the file

2
TEMA V. La junció PN
5.3 Considereu una estructura constituïda per dues zones de silici tipus N en contacte tèrmic i difusiu.
Aquestes zones queden caracteritzades per les següents dades:
Zona I Zona II
Resistivitat (Ω cm) 50 0,025
Mobilitat d'electrons (cm 2 /V s)
Ei - Ev = Eg/2; ni = 1,5 10
1250 250
10 cm -3
a) Calculeu la posició del nivell de Fermi respecte al fons de la banda de conducció per a les dues
zones en punts molt allunyats de la superfície de separació d'ambdues zones.
b) Dibuixeu el diagrama de bandes de l'estructura per al cas d'equilibri i calculeu el valor del
potencial termodinàmic o potencial de contacte.
c) Dibuixeu les gràfiques qualitatives de la densitat de càrrega ρ (x), el camp elèctric ξ (x) i el
potencial ϕ(x) al llarg de l'estructura a l'equilibri. Feu les gràfiques unes per sota de les altres
deixant clares les correspondències entre elles.
d) Es fa passar un corrent de 4 A/cm 2 per l'estructura amb sentit des de la zona I cap a la zona II.
Dibuixeu el nou diagrama de bandes suposant que la caiguda de tensió a la zona de càrrega és
negligible, donant els valors quantitatius adequats per tal que el dibuix quedi determinat.
Sol: EC - EF(I) = 330 meV, EC - EF(II) = 100 meV; b) VB = 0,23 V; c) ξI = 200 V cm -1 , ξII = 0,1 V cm -1
5.4 Donada una estructura P + PNN + a la qual les zones P i N tenen una amplada d'1 µm i estan dopades
amb 10 14 cm -3 , mentre que les zones P + i N + poden considerar-se infinitament llargues i estan
dopades amb 10 18 cm -3 . Calculeu:
a) La diferència de potencial de contacte entre els punts extrems de les zones P + i N + .
b) L'amplada de les zones de càrrega espacial al cas en que les zones P i N fossin infinitament
llargues.
c) L'amplada de la ZCE al cas exposat. Raoneu la resposta.
d) Dibuixeu les gràfiques del camp elèctric, el potencia elèctric i la densitat de càrrega.
e) Calculeu el valor del camp elèctric al punt on és màxim i a la interfície entre les zones P i P + .
Sol: a) VB = 0,92 V; b) Wp = Wn = 1,73 µm; c) W ≈ 2 µm; ξmàx = 6,1⋅10 3 V cm -1 , ξ(Wn) = 4,6⋅10 3 V cm -1
5.5 Un diode PIN està constituït per una regió intrínseca I de 20 µm de amplada, situada entre una
regió P i una N. Considereu una estructura de silici d'aquest tipus, amb dopatges NA = ND = 10 20
cm -3 i una secció de 1 mm 2 .
a) Dibuixeu, qualitativament, les corbes de densitat de càrrega, camp i potencial elèctrics.
b) Calculeu el potencial termodinàmic i l'amplada de la ZCE.
c) Calculeu el valor del camp elèctric màxim i compareu-lo amb el valor que tindria si suprimíssim
la zona intrínseca.
d) Calculeu l'amplada de la ZCE quan s'aplica una tensió inversa de V volts, així com la capacitat
associada a la unió.
Sol: b) VB = 1,2 V, W ≈ 20 µm; c) ξmàx = 600 V cm -1 ; d) W ≈ 20 µm, C = 5,28 pF