Semiconducteur inhomogène - Diffusion

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Diffusion

Courant de diffusion

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Relation d'Einstein

Conclusions Exercices


Semiconducteur inhomogène : 7.2 Diffusion.

7.2.1. Définitions.

boule Semiconducteur inhomogène : échantillon semiconducteur dans lequel les propiétés ne sont pas uniformes (constantes) dans l'espace. (n(x,y,z) , p(x,y,z), sigma(x,y,z) etc..)

boule Étude unidimensionnelle : ^pour simplifier, tous les raisonnements seront effectués dans un échantillon où toutes les propriétés évoluent uniquement selon l'axe des x ( n(x), p(x), sigma(x) etc.....).

boule Flux de porteurs : nombre de porteurs qui traversent une surface unité pendant l'unité de temps : F (cm-2.s-1).

boule Diffusion :

Le terme français diffusion a plusieurs significations :

  1. déplacement des porteurs de charges quand les densités ne sont pas uniformes (diffusion);
  2. procédé technologique pour introduire des impuretés dans les semiconducteurs thermiquement stables (1000 °C) (impurity diffusion)
  3. phénomène de collision inélastique responsable de la perturbation du mouvement d'un porteur (scattering). Dans ce sens, il vaut mieux employer les termes collisions ou interactions (cf chap IV)

7.2.2 Etude qualitative.

anim007 boule Échantillon semiconducteur  homogène de type "N"  :

n(x) = n0 = ND; p(x) = p0 = ni2/ND

boule Une partie de l'échantillon est éclairée. A cet endroit il y a génération de paires électron-trou :

n(x) = n0 + Dc(x); p(x) = p0 + Dc(x)

Dans le cas d'une faible injection : Dc(x) << n0 , les trous sont plus nombreux dans la région éclairée, ils vont se déplacer vers les régions où leur densité est plus faible : c'est le phénomène de diffusion.

key Les porteurs diffusent des régions de forte densité vers les régions de faible densité. Le phénomène cesse lorsque la répartition est redevenue uniforme.

7.2.3 Première loi de FICK.

boule  Le flux des porteurs (nombre de porteurs qui traversent par unité de temps une surface unité) est proportionnel à la variation spatiale de leur densité.

boule Dans le cas précédent (flux des trous Fp):

Fp = - Dp dp(x)/dx

Dp : Coefficient de diffusion des porteurs positifs (cm2.s-1).

le signe - tient compte du fait que les porteurs diffusent des fortes densités vers les faibles densités.

Si on considère les 3 dimensions (x,y,z) :

boule Dans le cas des porteurs négatifs :

Fn = - Dn dn(x)/dx

Dn : Coefficient de diffusion des porteurs négatifs (cm2.s-1).

Si on considère les 3 dimensions (x,y,z) :

rel035

applet Visualisation de l'expérience de HAYNES SHOCKLEY.( wwwUniversity Of Buffalo Prof .C.R. WIE and his students) .Génération de porteurs minoritaires par impulsion laser, diffusion engendrée par le gradient de la densité des porteurs, conduction par champ électrique et recombinaison.

applet Simulation de la diffusion.(  réalisation BREDAT F, PAUCHET S. IMA2 1997) Simulation de l'effet de la diffusion sur un ensemble de particules par la méthode de Monté Carlo.


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Dernière mise à jour : le 25 février, 2004 Auteur : Bernard BOITTIAUX