Dispositivi elettronici

Dispositivi elettronici

Ledate tensioni Vi 7,3i = a.-92 } t-g-T-g.CHsi definisce )V3relazione costitutiva va, ,1 7=12,3µ terminali da descrizione microscopicauna↳ ↳ relazione costitutivaamateriale cristallino

Proprietà elettriche materiali di un

Particolare costantitensionein di applicatepresenzain temponel )( regime stazionario DCo,° ↓directconducibilità elettrica di materiale legge 0hmdi microscopicaun Current: .-7m]LEEµApplicato elettrico materialecampo ad unun ,)| ¥2densitàconsideriamo ]dila corrente = M " alLÌ siemens÷(a)E Ah InJ metro "o- = = ==.- ,, ,È (g) f.Resistività elettrica a.f- mm: ==elettricaconducibilitàla isolanteparlasise di→ oconducibilità idealeelettricalase conduttoreparla disi→ + o /semiconduttori scalaconduttori/isolante dielettrico logaritmicoo, )diamante '( 'dicarbonio lagformasotto gaFÈS Il& s☆ ao •IO •i / ↓↓103' 10-8°10-14 (- )Silicio slm☐↓ I↓ a Sn5102 auCarboniosiliciodiossido dil' semiconduttoristudio dei lainteresse nello è• possibilità conducibilità elettricadi lavariarneattraverso la tecnologia dragaggiodelelementi 9ºdal Gruppo (struttura anionica )evidenziatimateriali cristallinimateriali: sono È

Materiali cristallini

Cristallo monodimensionali ◦ 0 o◦ 0o• (reticolare distanzapasso )atomitra due• ✗bidimensionalecristallo sooe o o◦ cliccarePosso ✗^ suDX posso °reticolare °° ysi 0 00 0tridimensionalecristallo tre passi lungoreticolari e -2× y• ,si ai suoiglireticolo atomicubico trovano vertici: sottoformaGe cristallizzanoC reticolosimodo cubicoe dipartin ,. tacca centrataa2Pa?'nel carbonio-del 2s1scaso _ • TÈ '( elettroni )a orbitalenellppo esterno? 3523-22psSilicio ?1s 2s• 3ps "? ops' ' °? SÉ? d'Stagno 3d3s1s as2s zp ••

Teoria permesse bande delle nel cristallino

Elettronienergie ingli atomo isolatopermesse per un• potenzialeenergiaama-9è②% or\ (0th nucleo ' discreti energeticig__s@PQ.volom energetici£9 stat'3×2=6/ meccanicaSecondo laclassica ' potrebbeelettroneepostidue stato assumereienergetico ogniper posizione( principio diesclusionedi distanticonsideriamo presiatomi moltoduese 1dipendeE da^ i' v2aK &I 1vale1 zero idunque sono1 interagenti non1Ye I1 9I. .STATI LEGATI→ ( vincolati )i siprincipio noidi applicaesclusione sistemiseparatamente dueRiduciamo modo interagenti"" quindirenderlidain consideriamoa ,"atomi vicini "ora due^ 'l a ,K iI notino i{ energetico1 :, 'l 9il fontedividonosi' " suddivisionil ieflora )ibridi amanodei voltinumero; coiatomi nel1, sistema/ " "" " "" "⇐""→1 I"" """ " | ] perturbativengononon inmodo significativo1':l' elettrone èorbitali 3Pnegli sistemalibero neldi muoversi3s eSupponendo atomiunidimensionalecristallo formato daun n dell' Naordine↳ dia^ ;: : ; i' i÷ i:: ::; I: :::i. : I!' 'i i: . ,i.ii Mitaii '' l'l" l ibridi'l 2- Zati statiei' 'l '| delocalizzati, , miri", ' perturbati} non vengonol ' significativo1 modoin1E ( )silicio|^ ' orbitale( atomo8N ") gruppo' ato•'' P'occupo Stati6N disponibilipti9N | "È→ occupati2Naʳi①I 2nF orbitale' ' atomo)isolato" critico sstati, 2N*, spaeibiiieoceupeti1 if- ;;; - -- -- ; - ---- -- - -.- ----- --. .- _ - .-. -- i gusci : interni 'i 1 'Ìi' i ' reticolare), , sa passo[QAQ daQs A1} ) direticolarei di (valori molaririducendo intornopassoa a as ,l' divideibrididei zzotilivelli bandedueinsi energeticheenergia nellamaggioranza cristallidei situazionesi trova < dacomunqueas ,E✗ ¥Etop -- -- - Gli ?sicome elettronispartiscono| conduzione Alladi assolutodellotempbanda zelo i1 .' elettroni4N completamenteoccupanoEc a-- -/ la valenzadibanda vuota lae" """ⁿªenergy Eg← banda di conduzione,gap ¥Evie -.

Dell'analogia tv Shockley autorimessa di

| .valenzadibeenlhl pianile bendei come duedue' di autorimessaun'e↳ .. .. ÷ ( )assolutocaso bossa zeroa c'ètemp non corrente• ^ È elettricocampoBC T% può scambioavvenire uno elettroni nella ditra bandaBV valenza riempite parzialeleper devoavere corrente bande modoavere inambientetemperaturaCaso 300k1-a circa =• ,SÌFI È Ècorrente qFin elettronidi _ .BC e - { da BV ABCpossa0+0 000BV ↳ lacuna fosse positiva che sise una caricacome q nellamuove)hole( delstesse direzioni campo, elettroni in Bcdimovimentocariche negativemovimenti possibilidi carica BVmovimento incotennedicariche positive dipendeEnergia elettrone da Bvpromuovere BCunper adella distanza le bandeduetra .BCEBVdistanza distanza Bcetra BVtraGRANDEPiccola conduttore isolante→ →a- maggioreserve unaenergia""

Interpretazione chimico bande delle da

Silicioatomi di elettronigli in" " "" banda valenzadi== === formano legami→ iIl Il11 11 chimici strutturali= = === """ " == == = "" ""= == ==" " "" 1022 midefinita atomi 5-densitàla atomica )alscsi =de poauicoiorimodoin,volumeindichiamo Egncon bande(proibitabandala distanza le duei duetrasituazioniconsideriamo due : completavalenzadi formazionebanda la completaimplica• i legamituttidila 'implicalacunadi spezzato legamepresenza avereuna un• "" " === I "" "⑦ == =" " "\ lacunarottura legametemperaturaaumentando legamiil dila aumentaspezzatinumero,Se alta cristallo fondediventa troppo il,?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝

Semiconduttore intrinseco

(semiconduttore ) intrinseco cristiano si segenerale dice :in "nelletuttiatomi (gli "posizioni ideali )idealecristianosono• tutti l'atomi all'gli altroidenticisono uno@ elettroni BC# } ]in [ cosin = volume altre parole sein elettroni lacuneeinsono egual numerolacune Bv# inp = volumedefiniamo la n=pconcentrazione (intrinseca )cristallodel ni questo casoin;( )(conduttorini )nei è dipendemolto elevato dallacomunque temp .Ktemperatura 300ad Una di :Sn)( Sidiamante[ circa 1 come• •• tutti iquasi↳ ↳↳ semiconduttori5,47Eg ev Eg Egiev ev0,1 1,12= = } }-3 "22 chicosiMiMi io 1,95=con Milo= = io.elettronvolt scambiataenergia elettricacabinaunaora q quandoDVsottoposta AVa V1 du q= = -,"' 'IÒdell J.ioVc.1,6 1,6= =.sperimentalmente corresi ricava• dialla ordinevariazione corrispondedi digrana Egun una.variazione "di ( )funzionedescrittacirca di dallano expni

Teorema 9.1-10-3 massa dell'efficace

Massa efficace ma ma=)periodicitàDato cristallino spaziale(un : (BC SiMollettone in1. particellamuove classica seguecome una m)leggi Classica didella liberale parimecc e massa a. +efficacemassadegli elettroni BCin# proprietàdipende (dalle cristallodivalore )idealeil m deln2. lacuna classicasiBV particellain liberamuove comeuna una emdi massa pari a ↳ efficacemassa lacunedelleMÈ proprietàdipende (dalle cristallodivalore )idealeil deltipiwmunemè>mn,Nell' degliapprossimazione ' (insieme elettronidi efficace Bcinmassa e o,)BVdelle vienelacune secondo la statisticain descritto meccanicaperfettidella distritodei gasteoria ovvero Boltzmanndi, .~termodinamicala tempi assolutaEte-Prob proporzionaleoccupazionedi è a |↳. Boltzmanncost di}IÒA 26300 evT KTK= .

Energia lacune e per gli elettroni

Eafi i :- !!":| : !. all' aumentare":Ece _' :-.;;; ; '; neacune aumentanoall' aumentare BCpiù vicina: "i moltoinfatti adell' energia--

Diagramma bande a energia di

Dell'rappresentazione grafica elettroni inenergia potenziale gliperdispositivofunzione posizionedella nelPer materiale omogeneoun :EnEcaEvo ' ×Se materialeapplichiamo tensioneuna sul÷ᵈ YCLi YCO) Va) =-• ×0 elettronei unper q-i )cfcxNIX) q= -ÌE ^ ;-0 --É:} Va9- I >un oe .netnaaaIl :) Eco .X delle lacune9L

Drogaggio

Drogaggio ( relativamente )sostituzione delatomialcuni pochis dicristallo con :DROGAGGIO DONATORE TIPO NDIO )1) di (in panicatomi asquellogruppo maggiore modo deeun comev. ," ""a ⑤⑤ l' più== elettrone= vienein cadutoBC Il alla11 (banda di conduzione11 )Bce-•@ ⑤Ec livello =- = ==E _ energetico, dell' atomo 11Il Ile - donatore, BV = === ""↓ idealecristalloil èse obiettivol' buon hadonatorevisto piùè quello che Edun,possibilevicino Ecal' As dei suoidiatomo elettroni allacede 5 valenzauno diconduzionedibanda ?quali lesono conseguenzeIncrementare diil elettroni BCin nnumero ovvero• ,cui°to' cui5.1022( ) /si dai1,95ni = « =.donatoriatomi#N =, volumela donatoridi ateneiconcentrazione }}" cui coreanitipici Nosilicioil ÷valori ioper -_ -991-l' Astsi dèAsdonatore ionizzaatomo s t• ( ↓elettricoeventuale campoun Ast caricaapplicato agisce anche su , fissaeterniotriè legato aglima )vibraredunque può solo po

Boro accettatore o tipo p di drogaggio

BoroACCEITATOREO PTIPODIDROGAGGIO B)2) di (in panicatomi #minore quellogruppo modo delun come.^ 11 IlIl l'visto obiettivo unBC ⑤ ,⑤⑤ === buon e-accattonareEc Il11 quello che Eaie11livello ha- energetico più evvicino possibile@ ⑤ aEa dell' = =atomo ==≥Ev lacunaaccettato re -⊕ )( BVin/Il IIBV atomi# accertataµ =A volume= = +==↓ 11" di anniconcentrazione accantonareidealecristalloil èse?⃝?⃝?⃝?⃝?⃝ ?quali sono le conseguenzeIncrementare diil BVlacune Innumero ovvero P• ,-9 +9B- llacunal' Bsiboro tdi ionizzaatomo s• ( elettrico ↓eventuale campoun B-applicato caricaagisce anche su , fissadanniotriè legato aglima )io vicinosolo vibraredunque e{ •ed ' omevdire 20

Buoni droganti

Buoni droganti ovvero con Ev, EA vicino adetti (DROGANTI )SUPERFICIALI SHALLOWSono bandaprossimi alinvece proibitadellaEd EA sono centrose ,, Parliamol' impunità ( )detta DEEPviene PROFONDA diin questo caso.ricombinazionedi ovverocentro :,ilcosìfavorendo dipopolazionelaaumentarediprocesso penoppostonelle bandedue leOBIETTIVO valutare diconcentrazioni libera incarica un: cristallo drogato (Per dunqueequilibrio termodinamicoponiamo inora condizioneci di)l'esternoenergiascambia connon )Etop (la popolazione E siEtat nella"fettina" BCdella ,esprime :E=DBC èdove )ance ladrelettroni )ducedi distribuzionede funziona←num diE = -.,a-È unitànell'liberi energianegdnceyae elettronidegliin BC→ involumedieu_ BV Etoeragionamento :stesso per E)[elettroni#BV dpfe ) =www.dilaculll-dp-dplej.de volume energiaEbdtom -nell'libere- unità Feo/ dedi olpce>p=volume in dpcemodo analogo )incognitedove le p :sono ne• to/n-fdetnt-fdnlei.deEtop ≈ )ance de→ -EcEc