ni para Silicio

ni para Silicio

de Juan Gibert Mangarelli -
Número de respuestas: 4

Hola, quería plantear una consulta respecto al valor ni del Silicio.

En todas las bibliografías encuentro que ni(Si,300K)=1.5 x 10^(16) 1/m^3.

Sin embargo cuando yo lo calculo con la fórmula ni= (NvNc)^(1/2).exp(-Eg/2kT) me da que vale algo así como 7.5 x 10^(15) 1/m^3 que es la mitad del resultado que debería obtener.

Alguno podría repetir el cálculo y decirme dónde me equivoco.

Gracias

En respuesta a Juan Gibert Mangarelli

Re: ni para Silicio

de Raul Donangelo -

El libro que utilicé para dar los valores dice: "Note que los valores de Nc, Nv y ni dados en la Tabla... fueron obtenidos a través de medidas independientes. Por esta razón existe una pequeña discrepancia entre ellos..."

Pienso que la discrepancia que encontraste se debe a la extrema sensibilidad del resultado con los valores de los parámetros, sobre todo de los que aparecen en el exponente de ni= (NvNc)^(1/2).exp(-Eg/2kT).

Tu cálculo, para los valores tabulados de Nc, Nv y Eg, es correcto. No obstante, lo que da la tabla, ni(Si,300K)=1.5 x 10^(16) 1/m^3, es el valor correcto a utilizar.

En respuesta a Raul Donangelo

Re: ni para Silicio

de Pablo Andres Balliva Costa -

También me llamó la atención la discrepancia entre el valor tabulado y el que se puede hallar con la fórmula. Busqué un poco en internet y, por lo que pude entender, ni la ecuación que se dio en el curso es 100% correcta, ni tampoco lo es el valor tabulado. En un artículo publicado en el Journal of Applied Physics, A. B. Sproul y  M. A. Green: Improved value for the silicon intrinsic carrier concentration from 275 to 375 K, (1991; disponible a través del portal Timbó) se reporta un valor de 1,00 \times 10^{10} cm^{-3} a 300 K. También se mencionan valores previos cercanos al de la tabla del curso.

Cito de las conclusiones del paper:

The commonly used value of 1.45 \times 10^{10} cm^{-3} at 300 K is not supported by the results presented here and appears to be in error.

Creo entonces que la discrepancia no surge de la sensibilidad en el exponente.

Saludos.

En respuesta a Pablo Andres Balliva Costa

Re: ni para Silicio

de Raul Donangelo -

El modelo utilizado para derivar las fórmulas es el del gas  de electrones libres, que es una aproximación, ya que considera que no hay interacción entre los electrones fuera del principio de exclusión que los obliga a ocupar estados diferentes, ni de los mismos con los iones de la red. O sea, los resultados obtenidos con las fórmulas son cualitativos, para obtener resultados cuantitativos hay que realizar cálculos más completos.

Entrando en Google con Si band gap, el primer valor citado para ni es el que citás, 1,00 x 10^10 cm-3. Los Eg dados en las tres primeras citas son 1.12, 1.11 y 1.1 eV. Una diferencia de 0.01 eV en Eg (menos de 1%) cambia bastante el resultado, pues exp(0.01/(2*0.026))=1.21, más de 20%. O sea, la sensibilidad a los valores de los parámetros puede también jugar un papel.