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Tecnología de Dispositivos y Componentes Electrónicos y Fotónicos
Dispositivos fotónicos I
1) Una haz de luz de 6.83 ⋅ 10 7 lux y longitud de onda 0.555µm incide en un detector de Si.
a) Calcule la razón a la cual se generan pares e-h (nº de pares e-h por unidad de tiempo y por unidad
de volumen) en la superficie del semiconductor expuesta a la luz.
b) Calcule dicha razón en la cara de opuesta si el espesor del bloque de silicio es de 10µm.
c) Calcule la densidad de pares e-h generados por segundo en todo el semiconductor.
d) A partir del resultado del apartado anterior calcule la densidad de portadores en exceso, si el
tiempo de recombinación e-h es 10 –9 s.
Nota:
(Utilice la gráfica del coeficiente de absorción en función de la energía de la radiación incidente).
2) Se pretende utilizar un detector de Ge para un sistema de comunicación basado en un láser que
emite a 1.43 eV. Calcule el espesor requerido en el detector para absorber el 90% de la radiación
incidente.
3) Considere una unión p-n (larga) de Si inversamente polarizada con 2V. El diodo tiene los siguientes
parámetros a 300K: Área = 10 4 µm2, N A = 2 × 10 16 cm –3 , N D = 10 16 cm –3 , D n = 20cm 2 ⁄ s ,
D p = 12cm 2 ⁄ s , τ n = τ p = 10 –8 s , G L = 10 22 cm –3 s –1 . Calcule la corriente fotogenerada.
4) Considere una celda solar de Si a 300K con los siguientes parámetros: Área = 1cm2,
N A = 5 × 10 17 cm –3 , N D = 10 16 cm –3 , D n = 20cm 2 ⁄ s , D p = 10cm 2 ⁄ s , τ n = 3 × 10 –7 s ,
τ p = 10 –7 s , fotocorriente = 25mA . Calcule la tensión en circuito abierto.
5) Para la celda solar del problema anterior:
a) Calcule la potencia eléctrica extraída de dicha celda si el factor de llenado es 0.8
b) Si se quiere que un panel solar suministre 10W con una tensión de 10V, calcule el número de
celdas conectadas en serie (filas) y el numero de filas conectadas en paralelo para formar la
matriz de celdas.
6) Considere un fotoconductor de GaAs (tipo n) de longitud 25µm y área de la sección 10 –6 cm 2 . El
tiempo de vida de los portadores fotogenerados es 10 –7 s . Calcule la ganancia del dispositivo si se
polariza con 5V. µ n = 8000cm 2 ⁄ ( V ⋅ s ) , µ p = 1000cm 2 ⁄ ( V ⋅ s ) . (Desprecie la degradación de
la movilidad).
7) Se dispone de un fotodiodo p-i-n de Si con una región intrínseca de anchura 10µm. La luz generada
por un láser de GaAs a 1.43eV incide sobre el diodo con 1W/cm2.
a) Calcule la densidad de corriente fotogenerada suponiendo que no existen pérdidas por reflexión
en la superficie medio externo - semiconductor.
b) Calcule la eficiencia cuántica del detector.
Nota:
(Utilice la gráfica del coeficiente de absorción en función de la energía de la radiación incidente).
8) Los parámetros de un fotodiodo de avalancha son los siguientes: potencia óptica incidente =
50mW, eficiencia = 90%, frecuencia óptica = 4.5 × 10 14 Hz , tensión de ruptura = 35V, tensión de
polarización V = 34V, corriente oscura = 10nA, coeficiente n' para el cálculo del factor de multiplicación = 2. Considerando que la resistencia en serie es despreciable, calcule:
a) el factor de multiplicación
b) el flujo de fotones
c) la fotocorriente
Dpto. Electrónica y Electromagnetismo
Escuela Superior de Ingenieros - U. Sevilla