PROFESOR: ING. JOSE RAMOS LÓPEZ.

ALMNO:

BR: ESCOBAR FRANCO, ELMER ULISES EF10002

LUNES 5 0CTUBRE DEL 2015

TAREA 1: SEMICONDUCTORES

INTRODUCCION

Los semiconductores son materiales muy importantes en el mundo de la electricidad

llaqué con ellos, el mundo de la electrónica avanzado mucho en la fabricación de

pequeños transistores los cuales tiene una gran aplicación en la fabricación de equipo

electrónico, y mucho más.

Características de los semiconductores:

Como se muestra en la figura A la corriente es 0 esto es a si ya que la polarización es cero, la difusión es muy lenta.

Figura A Figura correspondiente a V=0V, I=0mA

Figura A.1

En la figura A.1 se muestra una corriente 1mA estos seda porque se genera un canal de conducción, debido a la polarización 0.6V que se induce entre el lado P y el lado N, la disfunción tiene un incremento y la región de agotamiento disminulle.

Figura correspondiente V=0.6V,

Figura A.2

Como se muestra en la figura A.2 la corriente aumenta a 200mA a una polarización de 1V, la difusión se incrementa y la región de agotamiento disminuye facilitando un mejor desplazamiento de electrones.

Figura correspondiente V=1V, I=2mA

Figura A.3

En la figura A.3 se puede observar una corriente muy pequeña de −1μA y la región de agotamiento aumenta, debido a esto la disfunción se detiene, esto seda a una polarización de -1V.

Figura correspondiente V=-1V, I=

Figura

Como se observa en la figura A.4 aumentamos la polarización -2V y la corriente no disminuyo se matiné igual que en la figura A.3, la región de agotamiento aumento, la disfunción no hay.

Figura correspondiente V=-2V, I=

PARTE I: CUESTIONARIO

1-¿when no external bias is applied, do electrons move across the p-n junction? Yes

no

2-¿in which direction do electrons diffuse at a p-n junction? p-side to n-side

n-side to p-side

3-¿in which direction do electrons drift at a p-n junction? p-side to n-side

n-side to p-side

4-¿what effect does forward biasing have on the width of the depletion región? reduces the width

no effect on the width increases the width

5-¿what effect does forward biasing have on the drift current? reduces the drift current

no effect on the drift current increases the drift current

6-¿what effect does reverse biasing have on the diffusion current?. reduces the diffusion current

no effect on the diffusion current increases the diffusion current

PARTE II.1. Para una unión p-n abrupta de silicio (ni =1010 cm-3) consiste de una región tipo p conteniendo 1016 cm-3átomos aceptadores y una región tipo n conteniendo 5x 1016 cm-

3átomos donadores.a) Calcular el potencial integrado de la unión p-n

a) El potencial integrado se calcula a partir de:V t=25.8mV

Pn ¿1016 cm−3nP=5 x 1016cm−3ni=10

10 cm−3

V o=V t ln( Pn nP

ni2 )=0.0258 ln( 10

165 x1016

(1010 )2 )=¿0.7544V ¿

b) b- calcular el ancho total de la región de agotamiento si el voltaje aplicado Va es igual a0, 0.5 y -2.5 V.

El ancho de la capa de agotamiento se obtiene a partir de:

ε s=11.7 εo ε o=8.854 x 10−14F

cmq=1.60x 10−19 coulombs

Para V a=0V

W =√ 2 ε s

q ( 1Na

+1

N d) (V o−V a )

W =√( 2x 11.7 x 8.854 x10−14

1.60 x10−19 )( 11016

+ 15 x1016 ) (0.7544−0 )=¿0.34 μm¿

Para V a=0.5V

W =√ 2 ε s

q ( 1Na

+1

N d) (V o−V a )

W =√( 2x 11.7 x 8.854 x10−14

1.60 x10−19 )( 11016+ 15 x1016 ) (0.7544−0.5 )=0.19 μm

Para V a=-2.5V

W =√ 2 ε s

q ( 1Na

+1

N d) (V o−V a )

W =√( 2x 8.854 x 10−14

1.60 x10−19 )( 11016+ 15 x1016 ) (0.7544+2.5 )=0.71μm

c) calcular el campo eléctrico máximo en la región de agotamiento en 0, 0.5 y -2.5 V.

El campo eléctrico en la región de agotamiento esta dado por:

ε ( x=0 )=2 (V o−V a )

WPara V a=0V W =0.34 μm

ε ( x=0 )=2 (0.7544−0 )0.34 x 10−6 ( 1m

100cm )=44.37KVcm

Para V a=0.5V W =0.19μm

ε ( x=0 )=2 (0.7544−0.5 )0.19 x 10−6 ( 1m

100cm )=26.77KV

cm

Para V a=-2.5V W =0.71μm

ε ( x=0 )=2 (0.7544+2.5 )0.71 x10−6 ( 1m

100cm )=91.67KVcm

d) calcular el potencial a través de la región de agotamiento en el semiconductor tipo nen 0, 0.5 y -2.5 V.El potencial a través de la región de tipo n es igual a:

V n=q N d Xn

2

2 ε s

Donde X n

X n=WNa

N a+N d

Donde Na=1016cm−3Nd=5 x1016 cm−3

V n=(V o−V a ) Na

N a+N d

Para V a=0V

V n=(0.7544−0 ) (10 )16

1016+5x 1016=0.125V

Para V a=0.5V

V n=(0.7544−0.5 ) (10 )16

1016+5x 1016=0.042V

Para V a=-2.5V

V n=(0.7544+2.5 ) (10 )16

1016+5 x1016=0.542V

2. Una unión p-n abrupta de silicio (ni =1010 cm-3) ( NA =1016 cm-3átomos aceptadoresy ND=5x1016cm-3 átomos donadores) es polarizada con Va = 0.6V. Calcular lacorriente dieal del diodo asumiendo que la región n es mucho menor que la longitud dedifusión con wn =1 um y asumiendo una región tipo p larga. Usar un = 1000 cm2/V- ́�s yup = 200 cm2/V-s. El tiempo de vida de portadores minoritarios es 10 us y el área deldiodo es 10 um por 100 um.

La corriente se calcula a partir de:

I=qA ( Dn npo

Ln

+D p Pno

wn)(e

V a

V T−1)

Donde:

Dn=μ t V T= (1000 ) (25.8 x 10−3 )=25.8 cm2

V . s

D p=μ pV T=(200 ) (25.8 x10−3 )=5.16 cm2

V . s

npo=ni2

Na

=(1010 )2

1016=104 cm−3

Pno=ni2

Nd

=(1010 )2

5 x1016=2000cm−3

Ln=√Dn τn=√(25.8 )( 1100 )2

(1 x10−6 )=50.7 μm

Sustituyendo en

I=qA ( Dn npo

Ln

+D p Pno

wn)(e

V a

V T−1)

I=(1.60 x10−19 ) (1000 x 10−6 )( (25.8 ) (104 )50.7 x 10−3

+(5.16 ) (2000 )100 x10−6 ) (e

0.60.0258−1)=0.21mA

I=0.21mA

3. Considerar un diodo p-n abrupto con Na = 1018 cm-3 and Nd = 1016 cm-3. Calcular lacapacitancia a polarización cero. El área del diodo es igual a 10 cm.

ni=1010cm−3

V o=V t ln( Nd N a

ni2 )=0.0258 ln( (1016 ) (1018 )

(1010 )2 )=¿0.83V ¿

Donde: W

W =√ 2 ε s (V o−V a )q N d

=√(2 x11.7 x8.854 x 10−14

(1.60x 10−19 ) (1016 ) )( 1100 ) (0.83−0 )=0.33 μm

La capacidad en la unión de polarización cero es igual a:

EnV a=0

C j0=ε s

W=

(11.7 ) (8.854 x10−14 )3.3x 10−5

=31.39nF

4. (a) calcular la capacitancia de difusión para el mismo diodo del problema 3 apolarización cero. Usar mn = 1000 cm2/V-s, mp = 300 cm2/V-s, wp' = 1 μm y wn'=1mm. El tiempo de vida de portadores minoritarios es igual a 0.1 ms. (b) para el mismodiodo encontrar el voltaje para el cual la capacitancia de la unión es igual a lacapacitancia de difusión.

a) La capacidad de difusión para cero voltios:

Cd , 0=I s , p τ p

V T

+I s , nt r , n

V T

=1.70 x 10−19

Utilizando

I s , p=qApn0D p

LP

Y

I s ,n=qAnp 0Dn

W p

Cuando se utilizó el "corto" expresión de diodo para la capacitancia asociada con el exceso de carga debido a electrones en la región de tipo p. El "tiempo" expresión de diodo se utilizó para la capacitancia asociada con el exceso carga debido a agujeros en la región de tipo n. Las constantes de difusión y la igualdad de longitudes de difusión

Dn=μ t V T= (1000 ) (25.8 x 10−3 )=25.8 cm2

V . s

D p=μ pV T=(200 ) (25.8 x10−3 )=5.16 cm2

V . sLn=√Dn τn

El tiempo de tránsito de electrones en la región de tipo p es igual

t r , n=W p

2

2Dn

= 1x 10−6

(2 ) (25.8 )( 1100 )2=193 p s

b) La tensión a la que la capacidad de la unión es igual a la capacitancia de difusión se obtiene resolviendo

C j0

√1−V a

V o

=Cd , 0 eV a

V T

V a=0.442V

5. una celda solar de 1 cm2 tiene una corriente de saturación de 10-12 A y es iluminadapor luz solar produciendo una fotocorriente de cortocircuito de 25 mA.Calcular laeficiencia de la celda solar y el factor de relleno (fill factor).

La potencia máxima se genera:

dPdV a

=0=I s(e

V m

V T −1)−I ph+V m

V T

I s eV m

V T

Donde la tensión, Vm, es el voltaje correspondiente al punto de máxima potencia. Esta tensión se obtiene mediante la resolución de la siguiente ecuación:

V m=V T ln( 1+( I ph

I s)

1+(V m

V T))

El uso de iteración y un valor inicial de 0,5V se obtiene los siguientes valores para Vm:

V m=0.5,0 .542,0.540V

La eficiencia es igual a:

η=|V m I m

P¿|=|(0.54 ) (0.024 )

0.1 |(100 )=13%

La corriente, Im correspondiente a la tensión, Vm se calculó usando la ecuación

I=I s(e

V a

V T−1)−I phy la energía del sol se asumió 100 mW / cm2. El factor de relleno es

igual a:fill factor=V m I m

V oc I sc

=(0.54 ) (0.024 )(0.62 ) (0.025 )

(100)=83%

Donde se calcula la tensión de circuito abierto usando la ecuación

I=I s(e

V a

V T−1)−I phe I = 0 La corriente de cortocircuito es igual a la Fotocorriente.

PARTE III Efectos de las fuentes de alimentación con diodos sobre la corriente en el lado ac

EL CIRCUITO A SIMULADO

Figura 1: rectificador de onda completa

Modificar el modelo del diodo, ya que el 1N4002

Figura 2: modificación de modelo del diodo en Pspice

Figura 3: Formas de onda de corriente y voltaje

Figura 4: forma de onda de corriente.

Figura 5: Espectro de la corriente con Ls = 1mH.

Figura 6: forma de onda de corriente Ls=2mH.

Figura 7: Espectro de la corriente con Ls = 2mH.

Figura 8: Espectro de la corriente con Ls = 3mH.

Figura 9: Espectro de la corriente con Ls = 3mH.

Conclusión

En el presente trabajo pudimos conocer de primera mano el funcionamiento del un rectificador de onda completa simulado en Pspice en los gráficos obtenidos pudimos apreciar la forma de onda del rectificador de onda completa, a si como la forma de onda de la corriente que se generaba figura 3.

Los dos picos de corriente ocurren cuando los diodos conducen como se observa en la figura 5,7 y 9.

Pudimos conocer y comprender el funcionamiento de los diodos en polarización directa y en polarización inversa como se muestra en la figura A,B. A si como la importancia que tiene los materiales semiconductores que juegan un papel muy importante en estos casos.

Bibliografía

Sitio web: Electrónica 115 https://sites.google.com/site/electronica115/

Sedra. Circuitos Microelectrónicos, Quinta edición.