Dispositivi a semiconduttori 1

Generazione e ricombinazione di portatori liberi

Assorbimento: creazione coppie e-h: aumento conducibilità Fotoconduzione: Rivelatori di luce o radiazione

La conducibilità raggiunge un certo valore: occorre meccanismo di ricombinazione

CosìMa anche..

Dispositivi a semiconduttori 2

Iniezione e Ricombinazione

€

n = n0 + Δn

p = p0 + Δp

dn

dt= G0(T) −

n

τ n

All'equilibrio : n = n0segue ⏐ → ⏐ ⏐ G0(T) =

n0

τ n 0

t0

n+n

I(t)

€

dΔn

dt=

n0

τ n0

−n

τ n

dΔp

dt=

p0

τ p0

−p

τ pIn generale n,p dipendonoda n e p e dallo specifico processo

Rate generazione termica

Dispositivi a semiconduttori 3

Caso di semiconduttore drogato: esiste portatore maggioritario

Caso n: n0>>p0: in seguito all’iniezione è significativa la variazione di p esi può considerare p costante: p= p0

€

dΔp

dt= G(t) −

p

τ p 0

=p0

τ p 0

−p

τ p 0

= −Δp

τ p 0

Δp = Δp0 exp(−t /τ p0)€

p= p0 : Vita media portatori minoritari

Se la neutralità di carica è sempre valida : n=p

Dispositivi a semiconduttori 4

Ricombinazione diretta di coppie e-h

€

dΔn

dt=

dΔp

dt= −Anp + G G=Rate totale generazione

In equilibrio termico , in assenza di generazione esterna:G=G0(T) ed in questo caso:

€

dΔn

dt=

dΔp

dt= −Anp + G0(T) = 0

G0(T) = Anp = Ani2

€ Con generazione esternaG: G=g+G0

n=n0+np=p0+p

Dispositivi a semiconduttori 5

Caso di generazione esterna

€

dn

dt=

dΔn

dt= −Anp + G0 + g

dΔn

dt= −A(n0 + Δn)(p0 + Δp) + G0 + g =

dΔp

dt

dΔn

dt≈ −AΔnp0 − AΔpn0 + g

Per doping n n0>>p0>>n,p

€

dΔn

dt≈ −AΔnp0 − AΔpn0 + g

dΔp

dt= −An0Δp + g = −

Δp

τ p

+ g

€

dΔp

dt= −

Δp

τ p

Ma :dΔp

dt=

dΔn

dt= −

Δn

τ p

Se g=0:

€

Conta solo la vita media del portatore minoritario!p diminuisce al crescere della concentrazione di maggioritari.

Dispositivi a semiconduttori 6

Come si misura la vita media dei portatori minoritari ?

campione n-doped

tt0=0

p(t)=p0+gpexp(-t/p)p(t)

Dispositivi a semiconduttori 7

Dispositivi a semiconduttori 8

Si n-doped

€

L = Dτ

Dispositivi a semiconduttori 9

Si p-doped

Dispositivi a semiconduttori 10

GaAs

Dispositivi a semiconduttori 11

Fotoconduzione

Assorbimento Creazione coppie e-h

n e p

€

=e(Δnμ e + Δpμ p )

In un fotoconduttore si misura la variazione di resistenza, conseguente all’illuminazione

Dispositivi a semiconduttori 12

Rivelatori fotoconduttori

•CdS : visibile

•PbS:1-3.2 µm

•PbSe:1.5-5.2µm

•InSb: 1-6.7µm

•HgCdTe:0.8-25µm

Ideale per IR

Dispositivi a semiconduttori 13

La copia XEROX o elettrofotografia

Cilindro Selenio amorfo ad alta resistività (1014 m):

1) Deposizione cariche superficie

2) Masking e illuminazione

3) Toner sticking

4) Traferimento su carta

Dispositivi a semiconduttori 14

Iniezione di portatori con assorbimento

€

rJ e = neμ e

r E + eDe∇n

r J h = peμh

r E − eDh∇p

r J =

r J e +

r J h

Eq.continuità in presenzadi generazione-ricombinazione

€

∂np

∂t= gn −

np − np0

τ n

+∇ ⋅

r J e

e

∂pn

∂t= gp −

pn − pn0

τ p

−∇ ⋅

r J h

e

nn − nn0 = pn − pn

0 : n − type

np − np0 = pp − pp

0 : p − type

Nomenclatura:np: elettroni materiale ppn: lacune materiale n0: si riferisce a equilibrio

Neutralitàcarica

Dispositivi a semiconduttori 15

Neutralità carica

Hp: Materiale drogato in modo omogeneo in cui si è creata una concentrazione n0+n, p0+p. Se n≠ p ne segue:=e(p- n)

La neutralità di carica vale sempre in un materiale omogeneo?

Dispositivi a semiconduttori 16

€

∇⋅ r

J = −dρ

dt=∇ ⋅σ

r E

d(Δn − Δp)

dt= −

σ

ε0εr

(Δn − Δp)

(Δn − Δp) = (Δn − Δp)0e− t

τ 0

τ 0 =ε0εr

σTempo rilassamento dielettrico≈10-12s

Validità quasi-neutralità carica