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Dispositivi a semiconduttore1 La diffusione Esiste un gradiente di concentrazione dei portatori n, p ( Giunzione, illuminazione non uniforme,etc.) n(x-

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1 Dispositivi a semiconduttore1 La diffusione Esiste un gradiente di concentrazione dei portatori n, p ( Giunzione, illuminazione non uniforme,etc.) n(x- x) n(x+ x) S Per convenzione il flusso è >0 verso destra

2 Dispositivi a semiconduttore2 I legge di Fick Rel. di Einstein

3 Dispositivi a semiconduttore3 Conservazione del numero di particelle II legge di Fick: equ.diffusione Corrente totale Le correnti di drift hanno lo stesso segno, mentre quelle di diffusione hanno segno opposto

4 Dispositivi a semiconduttore4 La diffusione

5 Dispositivi a semiconduttore5 Esprimiamo E F in funzione della concentrazione intrinseca n i Quasi livello di Fermi E F Livello intrinseco di Fermi E i

6 Dispositivi a semiconduttore6 Caso 1D In condizioni di equilibrio: J x =0 Se varia n varia E F : il livello E i cambia a causa della presenza del campo E Rel. Einstein

7 Dispositivi a semiconduttore7 Come si misura la mobilità Effetto Hall In questa geometria

8 Dispositivi a semiconduttore8 Processi di generazione e ricombinazione A differenza del caso del trasporto: Interazione fra popolazioni e-h Transizioni interbanda : Assorbimento, Emissione Assorbimento: h =E e +E h Emissione radiativa: E e +E h = h Emissione non radiativa

9 Dispositivi a semiconduttore9 Regola aurea Fermi

10 Dispositivi a semiconduttore10 Considerando transizioni ad 1 fotone ck: stato b.cond. con vettore k vk: stato b.val. con vettore k

11 Dispositivi a semiconduttore11 Trasformando lintegrale sul volume sulla somma in cui compare lintegrale su cella unitaria e sfruttando le proprietà delle f.Bloch si ha: 0 solo per k p +k-k=G m vettore ret.reciproco G m =mG 0

12 Dispositivi a semiconduttore12 K p <

13 Dispositivi a semiconduttore13 A ordini superiori anche transizioni indirette: fononi

14 Dispositivi a semiconduttore14 Processi di rilassamento Scale temporali : sub ps, ps, ns.. Perdita coerenza: sub ps, ps Perdita energia : rilassamento intrabanda: ps Perdita energia comporta anche termalizzazione Ricombinazione interbanda radiativa e non: ns, ms Anche processi estrinseci di cattura e ricombinazione radiativa e non

15 Dispositivi a semiconduttore15 Eccitone Interazione coulombiana e-h: formazione di stati legati di tipo idrogenoide GaAs: E X =4meV: no GaN : E X =25meV:

16 Dispositivi a semiconduttore16 Risonanze eccitoniche Assorbimento GaN 77 K Emissione

17 Dispositivi a semiconduttore17 GaAs: effetto della temperatura e drogaggio

18 Dispositivi a semiconduttore18 La coda di Urbach Parametro Urbach legato a localizzazione-disordine

19 Dispositivi a semiconduttore19 Ricombinazione diretta, via trappole profonde (Shockley-Read-Hall) Processi Auger Ricombinazione da stati superficiali

20 Dispositivi a semiconduttore20 Emissione assistita da fononi: repliche fononiche Tipica in semiconduttori polari: necessaria forte interazione con il reticolo.

21 Dispositivi a semiconduttore21 Attivazione termica di processi non radiativi Legge di Arrhenius: E i i-sima energia di attivazione


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