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
Così
Ma anche..
Dispositivi a semiconduttori
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Iniezione e Ricombinazione
n  n 0  n
p  p0  p
n+n
I(t)
Rate generazione termica
t0
dn
n
 G0 (T) 
dt
n
dn n 0
n


dt
 n0  n
All'equilibrio : n  n 0 segue

G0 (T) 
n0
n0
In generale n,p dipendono
da n e p e dallo specifico processo
Dispositivi a semiconduttori
dp p0
p


dt
 p0  p
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Caso di semiconduttore drogato: esiste portatore
maggioritario
Caso n: n0>>p0: in seguito all’iniezione è significativa la variazione di p e
si può considerare p costante: p= p0
dp
p
p
p
p
 G(t) 
 0 

dt
 p0  p0  p0
 p0
p  p0 exp(t / p 0 )

p= p0 : Vita media portatori minoritari

Se la neutralità di carica è sempre valida : n=p
Dispositivi a semiconduttori
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Ricombinazione diretta di coppie e-h
dn dp

  Anp  G
dt
dt
G=Rate totale generazione
In equilibrio termico , in assenza di generazione esterna:
G=G0(T) ed in questo caso:


dn dp

  Anp  G0 (T)  0
dt
dt
G0 (T)  Anp  Ani2
Con generazione esterna
G: G=g+G0
n=n0+n
p=p0+p

Dispositivi a semiconduttori
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Caso di generazione esterna
dn dn

  Anp  G0  g
dt
dt
dn
dp
  A(n 0  n)( p0  p)  G0  g 
dt
dt
dn
  Anp0  Apn 0  g
dt
Se g=0:

dp
p

dt
p
Ma :
dp dn
n


dt
dt
p

Per doping n n0>>p0>>n,p
dn
  Anp0  Apn 0  g
dt
dp
p
  An0 p  g  
g
dt
p
Conta solo la vita media del portatore minoritario!

p diminuisce al crescere
della concentrazione di
maggioritari.
Dispositivi a semiconduttori
5
Come si misura la vita media dei portatori minoritari ?
campione n-doped
p(t)
p(t)=p0+gpexp(-t/p)
t =0
0
Dispositivi a semiconduttori
t
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Dispositivi a semiconduttori
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Si n-doped
L  D

Dispositivi a semiconduttori
8
Si p-doped
Dispositivi a semiconduttori
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GaAs
Dispositivi a semiconduttori
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Fotoconduzione
Assorbimento
n e p
Creazione coppie e-h

  e(ne  p p )
In un fotoconduttore si misura la variazione di resistenza,
conseguente all’illuminazione
Dispositivi a semiconduttori
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Rivelatori fotoconduttori
•CdS : visibile
•PbS:1-3.2 µm
Ideale per IR
•PbSe:1.5-5.2µm
•InSb: 1-6.7µm
•HgCdTe:0.8-25µm
Dispositivi a semiconduttori
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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
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Iniezione di portatori con assorbimento
J e  nee E  eDe n
J h  peh E  eDh p
J  Je  Jh

Nomenclatura:
np: elettroni materiale p
pn: lacune materiale n
0: si riferisce a equilibrio
Eq.continuità in presenza
di generazione-ricombinazione
n p
n p  n 0p   J e
 gn 

t
n
e
pn
pn  pn0   J h
 gp 

t
p
e
n n  n n0  pn  pn0 : n  type
n p  n 0p  p p  p 0p : p  type
Dispositivi a semiconduttori
Neutralità
carica
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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
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J 
d
   E
dt
d(n  p)


(n  p)
dt
0r
(n  p)  (n  p) 0 e
0 

0r

 t
0
Tempo rilassamento dielettrico
≈10-12s
Validità quasi-neutralità carica
Dispositivi a semiconduttori
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