Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato.

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1 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 1 Figure 2.1. Typical range of conductivities for insulators, semiconductors, and conductors.

2 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 2

3 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 3 30 II 4s 2 Se 34 VI 4s 2 4p 4 Composti II-VI: CdTe, CdSe, ZnTe, ….. GaAs: costante reticolare 0.56533 nm AlAs: costante reticolare 0.56605 nm Miscele solide o composti ternari: Ga x Al 1-x As, In x Ga 1-x As Composti quaternari: Ga x In 1-x As y P 1-y Applicazioni in optoelettronica ed elettronica veloce C: costante reticolare 0.356 nm Si: costante reticolare 0.543 nm Ge: costante reticolare 0.565 nm

4 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 4 IBRIDIZZAZIONE DEGLI ORBITALI ATOMICI Sp3: simmetria tetraedrica Esempio: Carbonio ORBITALI ATOMICI Esempio: Carbonio-atomo isolato

5 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 5 SIGMA BOND

6 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 6 Diamond lattice Zincblende lattice COORDINATE DEI NODI IN UNA CELLA DI DIAMANTE (0,0,0) (0,1,0) (1,0,0) (0,0,1) (1,1,0) (1,0,1) (0,1,1) (1,1,1) (½, ½,0) (½,0 ½) (0, ½, ½) (½, ½,1) (½,1, ½) (1, ½, ½) (1/4,1/4,1/4) (3/4,3/4,1/4) (3/4,1/4,3/4) (1/4,3/4,3/4) 8 NODI PROPRIAMENTE CONTENUTI IN UNA CELLA

7 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 7 Figure 2.11. (a) A tetrahedron bond. (b) Schematic two-dimensional representation of a tetrahedron bond. Legame tetraedrico Rappresentazione bidimensionale di un legame tetraedrico

8 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 8 Figure 2.3. Three cubic-crystal unit cells. (a) Simple cubic (only Po). (b) Body-centered cubic (e.g. Na, W). (c) Face-centered cubic (e.g. Al, Cu, Au, Pt). Figure 2.2. A generalized primitive unit cell.

9 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 9 Trovare le intercette in termini di numeri interi di piani reticolari Prendere i reciproci e ridurli ai più piccoli dei tre interi aventi lo stesso rapporto Miller index per un singolo piano (hkl) Per piani di equivalente simmetria [hkl] Figure 2.5. A (623)-crystal plane. Figure 2.6. Miller indices of some important planes in a cubic crystal.

10 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 10 Densità del silicio = 2.33 g/cm 3 Massa atomica = 28.09 g Densità atomica del silicio = 5·10 22 atomi/cm 3 Costante reticolare del silicio = 0.543 nm Distanza fra primi vicini nel silicio = 0.235 nm Densità superficiale di atomi nel silicio nei piani (100) : 6.78 atomi/nm 2 (110) : 9.59 atomi/nm 2

11 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 11 Figure 2.14. Schematic representation of an isolated silicon atom.

12 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 12 Figure 2.13. The splitting of a degenerate state into a band of allowed energies.

13 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 13 Figure 2.15. Formation of energy bands as a diamond lattice crystal is formed by bringing isolated silicon atoms together.

14 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 14 Figure 2.16. The parabolic energy (E) vs. momentum (p) curve for a free electron. Figure 2.17. A schematic energy-momentum diagram for a special semiconductor with m n = 0.25 m 0 and m p = m 0.

15 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 15 Figure 2.18. Energy band structures of Si and GaAs. Circles (º) indicate holes in the valence bands and dots () indicate electrons in the conduction bands (GaAs m*=0.063 m; Si m*=0.19 m). Silicon E g = 1.12 eV GaAs E g = 1.42 eV

16 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 16 Figure 2.19. Schematic energy band representations of (a) a conductor with two possibilities (either the partially filled conduction band shown at the upper portion or the overlapping bands shown at the lower portion), (b) a semiconductor, and (c) an insulator.

17 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 17 Figure 2.1. Typical range of conductivities for insulators, semiconductors, and conductors.

18 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 18 Figure 2.12. The basic bond representation of intrinsic silicon. (a) A broken bond at Position A, resulting in a conduction electron and a hole. (b) A broken bond at position B.

19 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 19 Fonte: Dispense del corso di Dispositivi Elettronici, Prof. Carlo Naldi, Ed. CELID, 1996

20 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 20

21 Ettore Vittone: Dip. Fisica Sperimentale, Università di Torino; A.A. 2007-2008 Fisica dei Dispositivi Elettronici e Sensori; Laurea in Fisica; Fisica Stato Solido II, Laurea in Scienza dei Materiali 22.04.08 Lectio II 21 Fonte: Dispense del corso di Dispositivi Elettronici, Prof. Carlo Naldi, Ed. CELID, 1996