Dispositivi a semiconduttore 1 Dispositivi a semiconduttore 2

Dispositivi a semiconduttore 1

Dispositivi a semiconduttore 2

Dispositivi a semiconduttore 3

Dispositivi a semiconduttore 4

Il quasi-livello di Fermi varia linearmente a partire dalla Regione di giunzione Dispositivi a semiconduttore 5

Dispositivi a semiconduttore 6

Caso ideale : scala log vs q|V|/k. T Dispositivi a semiconduttore 7

Legge di Shockley Fattore di idealità Dispositivi a semiconduttore 8

Confronto caso ideale-reale Dispositivi a semiconduttore 9

Capacità Dispositivi a semiconduttore 10

Legge di Shockley IS Dispositivi a semiconduttore 11

Breakdown della giunzione Tunneling Avalanche Giunzioni sottili Dispositivi a semiconduttore 12

Meccanismi di breakdown • Dissipazione termica IR ≈T 3 exp(Eg/k. BT) • Breakdown Zener o tunnel VR< 4 Eg/q • Breakdown a valanga: ionizzazione da impatto VR> 4 Eg/q Dispositivi a semiconduttore 13

Breakdown Dispositivi a semiconduttore 14

Dispositivi a semiconduttore 15

Applicazioni oltre uso come elemento circuitale Emettitore Rivelatore Cella solare Dispositivi a semiconduttore 16

Raddrizzatore Dispositivi a semiconduttore 17

Alimentatore cw Dispositivi a semiconduttore 18

Diodo Zener: stabilizzatore di tensione Dispositivi a semiconduttore 19

Applicazioni per: • Conversione Luce-corrente: rivelatori, celle solari • Conversione Corrente-luce: emettitori, laser Dispositivi a semiconduttore 20

Fotoconduttori Dispositivi a semiconduttore 21

Light-dependent resistor cell Dispositivi a semiconduttore 22

“ guadagno in corrente”: R Ok per elettrodi vicini, campi intensi Fotodiodo p-n: -giunzione polarizzata inversamente -Assorbimento nella regione di svuotamento -Separazione cariche Dispositivi a semiconduttore 23

Fotodiodi e fotodiodi a valanga • Si 300 -1100 nm • Ge 800 -1700 nm • In. Ga. As 800 -1800 nm • Ga. P 150 -500 nm Dispositivi a semiconduttore 24

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Caratteristiche principali fotodiodo • Responsivity (A/W) • Corrente di buio • Noise equivalent power (NEP): minima potenza ottica rivelabile confrontata con la corrente di rumore IN NEP=IN/SR SR=peak radiant sensitivity Dipende dall’area del PD Dispositivi a semiconduttore 26

Circuito equivalente di un PD NON C’È AMPLIFICAZIONE : NO GAIN!! Alta efficienza: spessore adeguato regione svuotamento Risposta veloce: piccola capacità, giunzione sottile per ridurre tempo di transito Dispositivi a semiconduttore 27

Efficienza quantica Assorbimento max=1. 24/ (µm) Intrappolamento portatori Dispositivi a semiconduttore 28

Risposta temporale: • Diffusione portatori: giunzione superficiale • Tempo drift nella regione svuotamento: regione svuotamento sottile ( aumento capacità) PIN diode • Capacità regione svuotamento Dispositivi a semiconduttore 29

Rumore PD Background esterno Generazione termica ( PD raffreddato) Rumore carico Dispositivi a semiconduttore 30

Per avere guadagno: Avalanche PD M=fattore moltiplicazione Tipico fattore moltiplicazione ≈103 -104 Problemi: Area piccola (≈ 100 µm diametro) per risposta temporale 40 -50 ps. Limite nel rumore e capacità. Dispositivi a semiconduttore 31

Limiti uso APD: Rumore: la moltiplicazione a valanga è un processo random: due coppie a distanza fissata non subiscono la stessa moltiplicazione. Cresce se i coefficienti di ionizzazione per elettroni e lacune sono simili. Se an>>ap e- produce ne. Se an≈ ap contano molto fluttuazioni Timing: indeterminazione innesco valanga ( decina ps) Differenti realizzazioni determinano diverse caratteristiche Dispositivi a semiconduttore 32

Stab. termica Dispositivi a semiconduttore 33

APD Specs Dispositivi a semiconduttore 34

APD specs Dispositivi a semiconduttore 35