La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Pensez à la partie application traitée sous forme de projet Propositions les photodiodes PIN capteurs à semi-conducteur dans un smartphone : température,

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Pensez à la partie application traitée sous forme de projet Propositions les photodiodes PIN capteurs à semi-conducteur dans un smartphone : température,"— Transcription de la présentation:

1 Pensez à la partie application traitée sous forme de projet Propositions les photodiodes PIN capteurs à semi-conducteur dans un smartphone : température, accélération, altitude, horizontalité, champ magnétique, etc... diodes laser pour les télécoms diodes laser de puissance couleurs des diodes électroluminescentes Séances à venir : 20/11 – 27/11 – 11/12 – 18/12 – 20/12

2 Jusquici : définition de milieux où on contrôle la nature et la concentration des porteurs de charge électrique sur une large plage de valeurs. Application possible : la résistance dun ½ conducteur intrinsèque liée au nombre de paires électrons trous ½ cond. V I T Si T augmente, le nombre de porteurs augmente, R = U/I diminue. Thermistance Semi-conducteurs

3 Jusquici : fabrication de milieux où on contrôle la nature et la concentration des porteurs de charge électrique sur une large plage de valeurs. Application possible : la résistance dun ½ conducteur intrinsèque liée au nombre de paires électrons trous V I h h BV BC Photon > paire électron-trou Photorésistance Tout cela est bien peu comparé au champ dapplication des jonctions !!

4 Jonction pn = « collage » dun même semi-conducteur dopé p et dopé n. Collage entre guillemets car lordre cristallin est conservé. BC BV BC BV Région dopée nRégion dopée p

5 Zone de déplétion : plus de porteurs (majoritaires) libres ! E eq : charges fixes (dopants ionisés) - + : charges mobiles (trous, électrons) Description simple : on oublie les porteurs minoritaires 1- à léquilibre = pas de champ appliqué

6 Description simple : on oublie les porteurs minoritaires 2- hors équilibre = avec tension appliquée cm cm -3 E eq rR>>rr U UrUr URUR UrUr La tension appliquée se retrouve aux bornes de la zone de déplétion, où elle crée un champ électrique

7 Description simple : on oublie les porteurs minoritaires 3- avec tension appliquée en sens direct E eq E app I Dans le sens direct : existence dun courant Annihilation de paires électron-trou photons si gap direct (LED !) échauffement si gap indirect chute de tension dans tous les cas

8 Description simple : on oublie les porteurs minoritaires 4- avec tension appliquée en sens indirect E eq E app sauf si photons injectés dans la zone de déplétion (photodiode !) - + i Dans le sens indirect : pas de courant

9 Description dynamique avec les porteurs minoritaires E eq - + Porteurs majoritaires très nombreux mais seule une toute petite fraction possède assez dénergie pour franchir la zone de déplétion Porteurs majoritaires très rares franchissent très facilement la zone de déplétion A léquilibre, compensation entre le courant de diffusion des porteurs majoritaires et le courant dentrainement des porteurs minoritaires

10 Description en termes de niveaux dénergie : analogie ferroviaire Wagon dopé VWagon dopé S Mise en contact des deux wagons le même état déquilibre dans les deux wagons, dans tout le train En langage semi-conducteur : équilibre = raccordement des niveaux de Fermi

11 Description en termes de niveaux dénergie : à léquilibre BC BV Mode opératoire « théorique » Dopage nDopage p

12 Description en termes de niveaux dénergie : à léquilibre BC BV Mode opératoire « théorique » 1- mise en contact des régions n et p Dopage nDopage p

13 Description en termes de niveaux dénergie : à léquilibre BC BV Mode opératoire « théorique » 1- mise en contact des régions n et p 2- raccordement des niveaux de Fermi Dopage nDopage p

14 Description en termes de niveau dénergie : à léquilibre BC BV Mode opératoire « théorique » 1- mise en contact des régions n et p 2- raccordement des niveaux de Fermi 3- progressivité du raccordement des bandes + - Dopage nDopage p

15 Description en termes de niveau dénergie : à léquilibre BC BV Mode opératoire « théorique » 1- mise en contact des régions n et p 2- raccordement des niveaux de Fermi 3- progressivité du raccordement des bandes 4- où sont les porteurs libres ? Dans le diagramme énergétique : les électrons cherchent à descendre les trous cherchent à monter Niveau de Fermi au milieu du gap comme semi- conducteur intrinsèque très peu de porteurs libres !!! Dopage nDopage p

16 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens passant BC BV Mode opératoire « théorique » 1- on part de létat déquilibre Dopage nDopage p

17 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens passant BC BV Mode opératoire « théorique » 2- la tension applique se retrouve aux bornes de la zone de déplétion. Dans le sens direct : V n < V p energie dun électron = énergie à léquilibre – eV donc lénergie de la zone n monte par rapport à celle de la zone p Région p : pas de champ quasi- niveau de Fermi Région n : pas de champ quasi- niveau de Fermi Dopage nDopage p

18 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens passant BC BV Mode opératoire « théorique » 3- on raccorde les bandes dénergie dans la zone de déplétion. Le niveau de Fermi ny est pas défini (hors équilibre) Région n : pas de champ quasi- niveau de Fermi Région p : pas de champ quasi- niveau de Fermi Dopage nDopage p

19 Description en termes de niveau dénergie : polarisation en sens passant BC BV Mode opératoire « théorique » 4- on place les charges majoritaires dans les régions n et p Dopage nDopage p

20 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens passant BC BV Mode opératoire « théorique » 5- on regarde le mouvement des charges libres Dans le diagramme énergétique : les électrons cherchent à descendre les trous cherchent à monter Dopage nDopage p Il sétablit courant électrique, accompagné de rencontres électron trou création de h si gap direct : LED

21 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens bloquant BC BV Mode opératoire « théorique » 1- on part de létat déquilibre Dopage nDopage p

22 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens bloquant BC BV Mode opératoire « théorique » 2- la tension applique se retrouve aux bornes de la zone de déplétion. Sens bloquant : V n > V p énergie dun électron = énergie à léquilibre – eV donc lénergie de la zone n baisse par rapport à celle de la zone p Région n : pas de champ quasi- niveau de Fermi Région p : pas de champ quasi- niveau de Fermi Dopage nDopage p

23 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens bloquant BC BV Région n : pas de champ quasi- niveau de Fermi Région p : pas de champ quasi- niveau de Fermi Mode opératoire « théorique » 3- on raccorde les bandes dénergie dans la zone de déplétion. Le niveau de Fermi ny est pas défini (hors équilibre) Dopage nDopage p

24 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens bloquant BC BV Mode opératoire « théorique » 4- on place les charges majoritaires dans les régions n et p Dopage nDopage p

25 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens bloquant BC BV Mode opératoire « théorique » 5- on regarde le mouvement des charges libres Dopage nDopage p Dans le diagramme énergétique : les électrons cherchent à descendre les trous cherchent à monter

26 Description en termes de niveaux dénergie : polarisation en sens bloquant BC BV Mode opératoire « théorique » 6- pas de déplacement de porteurs majoritaires, mais si une paire électron- trou est créée dans la zone de déplétion, lélectron et le trou sont accélérés dans des régions où ils ne peuvent pas se recombiner. Bilan : h courant électrique : photodiode - + Dopage nDopage p

27 BC BV Hétérojonctions Deux-semi conducteurs compatible au niveau cristallographique mais de gaps différents. Exemple : Ga As dopé p et Al x Ga 1-x As dopé n BC BV BC BV BC BV BC BV Conduction uniquement par les électrons ! Le niveau de Fermi se sépare en 2 quasi niveaux Equilibre Hors équilibre Dopage pDopage n

28 Double hétérojonction Trois semi-conducteurs compatible au niveau cristallographique mais de gaps différents. Exemple : Al x Ga 1-x As dopé p Ga As dopé p et Al x Ga 1-x As dopé n Semi-conducteurs isolés Mise à léquilibre Dopage pDopage nDopage p

29 Double hétérojonction Trois semi-conducteurs compatible au niveau cristallographique mais de gaps différents. Exemple : Al x Ga 1-x As dopé p Ga As dopé p et Al x Ga 1-x As dopé n Mise à léquilibre : niveau de Fermi commun. Dopage pDopage nDopage p

30 Double hétérojonction Trois semi-conducteurs compatible au niveau cristallographique mais de gaps différents. Exemple : Al x Ga 1-x As dopé p Ga As dopé p et Al x Ga 1-x As dopé n Polarisation. La tension appliquée se répartit aux bornes de deux zones de déplétion le niveau de Fermi se sépare en 3 quasi niveaux. Dopage pDopage nDopage p

31 Double hétérojonction Trois semi-conducteurs compatible au niveau cristallographique mais de gaps différents. Exemple : Al x Ga 1-x As dopé p Ga As dopé p et Al x Ga 1-x As dopé n Les porteurs majoritaires de chaque zone peuvent se déplacer Dans le diagramme énergétique : les électrons cherchent à descendre les trous cherchent à monter Dopage pDopage nDopage p

32 Double hétérojonction Trois semi-conducteurs compatible au niveau cristallographique mais de gaps différents. Exemple : Al x Ga 1-x As dopé p Ga As dopé p et Al x Ga 1-x As dopé n Les porteurs libres (électrons et trous) sont piégés dans la zone intermédiaire. Seule échappatoire : annihilation de paires électrons trous. Ga As ½ conducteur à gap direct diode laser Dopage pDopage nDopage p

33 z E BC BV d z d~10nm Diode à puits quantique Courant électrique h Dimension très petite : le mouvement des électrons et des trous dans la direction z est quantifié

34 Transitions intra-bandes. E déterminé par la hauteur du puits quantique Transitions inter-bandes. E déterminé par la dimension du puits quantique et la largeur du gap n E k // Bande de conduction Bande de valence Puits quantique : énergie, transition En x ou y : E = ½ kx 2 dispersion parabolique En z, quantification niveaux discrets

35 Transitions intra-bandes. E déterminé par la hauteur z du puits quantique Transitions inter-bandes. E déterminé par la hauteur Dz du puits quantique et par le gap n E k // Bande de conduction Bande de valence Puits quantique : énergie, transition En x ou y : E = ½ kx 2 dispersion parabolique En z, quantification niveaux discrets

36 E BC BV Avant relaxation A léquilibre Métal Oxyde Semi-conducteur Pas de courant dans la « jonction » Sous tension V SC >V métal Apparition locale dune zone (n). Stockage délectrons issus seulement de création de paires !! Dopage p


Télécharger ppt "Pensez à la partie application traitée sous forme de projet Propositions les photodiodes PIN capteurs à semi-conducteur dans un smartphone : température,"

Présentations similaires


Annonces Google