Enunciado

Um wafer de 2,00 cm2 de silício puro é irradiado com radiação eletromagnética tendo um comprimento de onda de 775 nm. A intensidade da radiação é de 4,00 W / m2 e cada fóton que atinge a amostra é absorvido e cria um par elétron-buraco. (a) Quantos pares elétron-lacuna são produzidos em um segundo? (b) Se o número de pares elétron-lacuna na amostra for 6,25 × 1011 no estado estacionário, a que taxa os pares elétron-lacuna se recombinam? (c) Se cada evento de recombinação resulta na radiação de um fóton, a que taxa a energia é irradiada pela amostra?

Passo 1

(a) Fala aíí!! Vamos que esse exercício vai ser de boa!

Se liga, a taxa de produção de pares elétron-buraco é a razão entre a energia incidente e a energia necessária para produzir um par elétron-buraco. Então, o número de pares de elétron-buraco N produzidos em um segundo é:

N = I A h c λ = I A λ h c

Substituindo os valores, passando h c para joules:

N = ( 4   W / m 2 ) ( 2 × 10 - 4   m 2 ) ( 775   n m ) ( 1240   e V ∙ n m ) ( 1,602 × 10 - 19   J / e V )

N = 3,12 × 10 15   s - 1

Passo 2

(b) Aqui, é só lembrar do seguinte: no estado estacionário, a taxa de recombinação é igual à taxa de geração. Portanto:

N = 3,12 × 10 15   s - 1

Passo 3

(c) A potência irradiada é igual à potência absorvida:

P i r r a d = I A

P i r r a d = ( 4   W / m 2 ) ( 2 × 10 - 4   m 2 )

P i r r a d = 0,8   m J / s

Prontinho! Só isso!

Resposta

(a) 3,12 × 10 15   s - 1

(b) 3,12 × 10 15   s - 1

(c) 0,8   m J / s

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