EUDIL IMA Première Année Contrôle Electronique Semestre 2

Mercredi 12 Juin 2002 8 h - 11 h

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 1░ Toutes les réponses doivent apparaître sur ces pages qui seront rendues à la fin de l'épreuve à l'intérieur de la copie.

2░ Les relations utilisées et les principaux calculs doivent être reportés sur la copie.

3░ Donner les réponses dans les unités proposées.

4░ Faire les approximations et les simplifications nécessaires et souhaitables.

5░ Donner les justifications chaque fois qu'elles sont demandées.

6░ Prendre pour la température ambiante T0 = 300 K.

7░ Utiliser les valeurs suivantes dans tous les exercices:

q = 1.60 10-19 C

constante de Planck : h = 6.62 10-34 J.s. Vitesse de la lumière : c = 3.00108 m. s-1.

8░ Les exercices sont indépendants.


Exercice I

On considère un rayonnement infrarouge de longueur d'onde 0.90 Ám, calculer l'énergie des photons correspondants.

Réponse :
 

(eV) (2 points)

Soit un semiconducteur à la température ambiante où :

Le rayonnement précédent peut-il créer des porteurs libres dans ce semiconducteur ?

o oui o non

Pourquoi ? (2 points)

Calculer le nombre intrinsèque de ce semiconducteur à la température ambiante :

Réponse :

 

(cm-3) (2 points)

La hauteur de la bande interdite varie en fonction de la température selon la loi :

Quelle est la hauteur de la bande interdite à 600 K ?

Réponse :

 

(eV) (2 points)

Le rayonnement infrarouge peut-il créer des porteurs libres à cette température ?

o oui o non

Pourquoi ?

 

(2 points)

 

 

 

Calculer le nombre intrinsèque du semiconducteur à cette température.

Réponse :

 

(cm-3) (4 points)

 


Exercice II

On considère un échantillon de silicium de longueur 1.2 mm et de surface 1.0 mm2. A la température ambiante, on donne:

Nombre intrinsèque = 1.0 1010 cm-3 . Dopage = 5.0 1016 atomes donneurs ´ cm-3 .

Mobilité des électrons = 1.5 103 cm2.V-1.s-1.; Mobilité des trous = 3.75 102 cm2.V-1.s-1.

Durée de vie des porteurs minoritaires = 1.0 Ás.

Calculer à la température ambiante :

La résistance de l'échantillon =

 

(W ) (2 points)

Nombre des électrons dans l'échantillon
 

(S.D.) (1 point)

Nombre de trous dans l'échantillon :

 

(S.D.) (1 point)

On considère un rayonnement lumineux qui provoque un taux de génération GL uniforme dans tout l'échantillon. En présence de ce rayonnement, on observe une diminution de 5.0 % de la résistance de l'échantillon. Est-ce un phénomène ?

¨ de forte injection ¨ de faible injection" :Pourquoi ?

 

(2 points)

 

 

 

 

Calculer, à la température ambiante, dans ces conditions :

La densité de porteurs en excès :

 

(cm-3) (4 points)

Nombre des électrons dans l'échantillon :

 

(S.D.) (2 points)

Nombre des trous dans l'échantillon :

 

(S.D.) (2 points)

Le taux de génération lumineux GL =

 

(cm-3 s-1) (2 points)

Remarque : S.D. = Sans Dimension


Exercice III

figure 1

On considère la jonction abrupte schématisée sur la figure 1. Elle est en silicium à la température ambiante ( ni(T0) = 1.0 1010 cm-3 ; e= 1.0 10-10 F./m. ; Án = 1.2 103 cm2.V-1.s-1. ; Áp = 4.0 102 cm2.V-1.s-1. ; q n = q p = 1.0 Ás.). Le dopage P est NA = 1.0 1019 cm-3 et le dopage N est ND = 1.0 1016 cm-3 .

La jonction est de type :

¨ PN ¨ PN + ¨ P+N ¨ P+N+

Pourquoi ?

 

(2 points)

 

 

 

 

Calculer la tension de barrière de la jonction non polarisée.

Réponse :

 

(V) (2 points)

Calculer l'épaisseur de la zone désertée de la jonction non polarisée.

Réponse :

 

(Ám) (2 points)

 

On polarise la jonction pour avoir l'évolution spatiale de la densité des porteurs positifs du côté "N" représentée sur la figure ci-dessous.

figure 2.

La polarisation est :

¨ directe ¨ inverse

Pourquoi ? (2 points)

 

 

 

 

 

 

Calculer la tension appliquée sur la jonction.

Réponse :

 

(V) (2 points)

 

Calculer le courant de trous traversant la jonction polarisée.

Réponse :

 

(A/cm2) (4 points)

Calculer le courant d'électrons traversant la jonction polarisée.

Réponse :

 

(A/cm2) (2 points)

Calculer le courant de saturation de la jonction.

Réponse :

 

(A/cm2) (2 points)

Calculer le courant de saturation si l'épaisseur de semiconducteur "P" et l'épaisseur de semiconducteur "N" étaient égales à 300 Ám.

Réponse :

 

(A/cm2) (4 points)

Quelle serait, dans le cas d'une diode de 600 Ám d'épaisseur (300 Ám de type "P" et 300 Ám de type "N") et de surface 0.10 mm2, la tension aux bornes de la diode pour un courant direct de 5.0 mA ( On prendra un courant de saturation égal à 5.0 10-15 A).

Réponse :

 

(V) (4 points)