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Giunzione PN 1) Analisi di un semiconduttore drogato in maniera arbitraria : La presenza di un gradiente di concentrazione di portatori dà luogo ad una corrente di diffusione dalla regione a maggiore concentrazione verso la regione a minore concentrazione, i portatori che si spostano però lasciano degli ioni di segno opposto, la distribuzione di carica che si ottiene dà luogo ad un campo elettrico che si oppone all´ulteriore flusso di elettroni pertanto all´equilibrio il semiconduttore è caratterizzato da una concentrazione di portatori ancora variabile con la posizione e da un potenziale di Built-In. La presenza di un campo elettrico si deduce facilmente osservando che sui diagrammi a bande l´energia che separa il livello di Fermi dalla banda di conduzione è energia potenziale mentre la differenza di energia tra la banda di conduzione e l´energia della elettrone è energia cinetica di quest´ultimo, pertanto definendo come potenziale All´equilibrio termico la corrente che scorre nel semiconduttore deve essere in media nulla quindi dall´equazione di Drift & Diffusion
2) Equazione di Poisson per un semiconduttore con un generico drogaggio e sua semplificazione : dove si è sostituito a) Approssimazione di quasi-neutralità , in sostanza si assume che la concentrazione di portatori sia pressoche uguale alla concentrazione delle impurezze, essa è quanto mai valida nel bulk dove quindi a seconda del drogaggio del semiconduttore si ha n = Nd oppure p = Na . b) Approssimazione di Depletion, prevede che la concentrazione di portatori liberi sia molto inferiore alla concentrazione delle impurezze ionizzate, in sostanza n << Nd oppure p << Na .
3) Giunzione PN all´equilibrio termico : Quando si mette a contatto un p_doped con un n_doped si ha una brusca variazione del drogaggio in corrispondenza della giunzione pertanto si ha un flusso di elettroni dalla regione n alla regione p ed un flusso di lacune in verso opposto, pertanto nelle regioni di provenienza rimangono degli ioni i quali generano un campo elettrico che si oppone all´ulteriore diffusione di carica. Per analizzare questa situazione si utilizza la approssimazione di quasi neutralità nel bulk e la approssimazione di Depletion nella regione di carica spaziale posta a ridosso della giunzione, in essa quindi l´equazione di Poisson si riduce a Integrando ulteriormente il campo si ottiene nell´n_doped il potenziale
4) Potenziale di Built-In per una giunzione p+n :
questo perché nel caso di un semiconduttore molto drogato il livello di Fermi è molto vicino ad una delle due bande.
5) Giunzioni PN polarizzata inversamente : Applicando una polarizzazione inversa ossia il + del generatore sulla regione n si aumentano le dimensioni della regione di Depletion, per essa infatti si ha Naturalmente dato che aumentando la polarizzazione inversa aumenta il campo elettrico, deve avvenire qualche fenomeno o rottura che limiti il funzionamento, in particolare prima della rottura del dispositivo si possono presentare i seguenti effetti : Effetto Valanga Il campo elettrico applicato accelera un portatore libero il quale si scontra con un atomo e ne libera un elettrone di valenza. A seguito della urto si hanno 3 portatori, due elettroni ed una lacuna i quali vengono accelerati dal campo nuovamente dando luogo ad altri urti. Effetto Zener Se il semiconduttore è molto drogato si verifica l´effetto Zener prima della effetto Valanga, in particolare si ha che essendo la regione di carica spaziale molto piccola, il campo elettrico è talmente elevato da rompere dei legami covalenti e creare delle coppie elettrone-lacuna. |