Série D'exercices #01: Exercice 1 [PDF]

Zitiervorschau

Université Saad Dahleb de Blida 3éme Année Licence EnR

Faculté des Technologies. Département des Energies Renouvelables.

Module : Système PV

Série d’exercices N° 01 Exercice 1 Déterminer la longueur d’onde maximale permettant de générer une paire électron-trou dans du silicium. Même chose pour le Germanium et l’Arséniure de Gallium. Conclusions. Exercice 2 On considère le barreau de silicium représenté sur la figure ci-dessous. Les caractéristiques du matériau sont les suivantes: •Silicium type P (NA = 1015 cm-3). •Longueur du barreau: 1 cm; section 4 10-2 cm2. •Durée de vie des porteurs: τ = 10-5 s. On donne pour le silicium: ni = 1,6 10 10cm-3, µn=1390 cm2/Vs et µp=470 cm2/Vs. 1/On applique entre les bornes de ce barreau une tension de 10 V. Calculer le courant qui circule dans cette structure. 2/On éclaire ce barreau de silicium avec une radiation de longueur d’onde telle que la vitesse de génération des porteurs soit constante dans tout le volume du matériau. Cette vitesse de génération vaut: g = 1017 porteurs/cm-3.s. Déterminer la variation relative de la résistance du barreau sous éclairement. Exercice 3 On considère un barreau de semi-conducteur homogène type N (ND = 1015 cm-3) d’épaisseur W, dont on éclaire la face avant avec une radiation de courte longueur d’onde. La génération suit une loi de la forme : G=G0eαx . α est en fonction de λ et s’exprime en cm-1. En se plaçant dans le cas de l’hypothèse de faible injection, montrer que , le système étant isolé, il apparaît entre les deux faces du semi-conducteur une différence de potentiel que l’on calculera. A.N: α = 0.1 cm-1 , W = 100 µm. Exercice 4 On considère une jonction PN dont les caractéristiques sont données ci-dessous. Déterminer les caractéristiques de la région de charge d’espace (hauteur et largeur) dans les différents cas suivants: a) ND=1018 cm-3 et N A=1016 cm-3, b) ND=5 1018 cm-3 et N A=2.5 1016 cm-3, On étudiera successivement le cas du Germanium et du Silicium. Déduire de ces résultats les dimensions électriques des régions N et P. Exercice 5 On considère une jonction N+ P au silicium (modèle unidimensionnel) représentée ci-dessous. On donne: XN = 1,5 µm XP = 2,5 µm ND= 10 18 cm -3 NA= 5 10 15 cm -3 Aire de la jonction: Aj = 70 µm * 70 µm

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Module : Système PV

τ=k/N et τ=10-6 s pour N=10 16 cm -3 On se propose d’étudier la caractéristique I(V) de ce composant. Pour ce, on déterminera: 1/ Les épaisseurs des charges d’espace à l’équilibre thermodynamique dans chacune des régions afin de calculer les dimensions électriques. 2/ L’expression analytique des composantes ISN et ISP des courants inverses théoriques liés à la diffusion en zone neutre. 3/ Le rendement d’injection de cette diode. •Application numérique: a / Déterminer les valeurs de tensions directes correspondant à des courants de 1 µA, 10 µA, 100 µA, 1mA, 10 mA… b/ Tracer la caractéristique de cette diode idéale. Exercice 6 Une jonction PN réalisée en Si avec une partie P dopée à NA=5.1016 cm-3 et une partie N dopée ND=1.1015 cm-3, fonctionnant à la température ambiante. La permittivité du Si vaut : ε=1.10-12 F/cm. 1/Modéliser le profil de la densité volumique de charge ρ(x). On note –xp et xn les frontières de la ZCE. 2/Déterminer l’expression du potentiel de diffusion Vb en fonction de ND, NA et ni. Cette tension de diffusion traduit la variation de l’énergie potentielle de l’électron de conduction en traversant la jonction. 3/A partir de l’équation de poisson

ௗమ ௏ ௗ௫ మ

=−

ఘ(௫) ఌ

, déterminer l’expression du champ électrique E(x)

à l’intérieur de la ZCE. En déduire une relation entre ND, NA, xp et xn. ଶఌ

4/Monter que la largeur de la ZCE s’exprime par : ܹ = ‫ݔ‬௣ + ‫ݔ‬௡ = ට ( ௤

ଵ

ேಲ

+

ଵ

ேವ

)ܸ௕ .

5/Donner l’expression des densités de porteurs majoritaires et minoritaires en dehors de la ZCE en fonction de ND, NA et Vb.