Semiconduttore fuori dall'equilibrio

[qadesh1]

ciao a tutti e buona estate,
sto preparando l'esame di fisica dei dispositivi elettronici e ci sono alcune questioni che non ho afferrato bene.

Non capisco come per un semiconduttore di tipo $n$ con un drogaggio di tipo $N_D$ si possa verificare il caso $\Delta n il testo dice che questo è il caso di BASSA INIEZIONE ma io mi chiedo...drogando un semiconduttore di $N_D$ non è automatico che $\Delta n = N_D$? cioè...la variazione di concentrazione dei portatori maggioritari corrisponde a quante impurezze ho inserito...mi date un mano?
dice inoltre che in caso di bassa iniezione solo i portatori minoritari risentono di variazioni di sensibili concentrazione.

[Quinzio]

Rispondo anche se su queste cose ho vaghi ricordi. Mi sembra che in un semiconduttore vi siano delle coppie di cariche intrinseche che rispettano un certo equilibrio. Immettere un drogaggio sbilancia questo equilibrio.
E' un po' quello che succede sciogliendo un acido in acqua. L'acqua ha già una sua componente intrinseca di ioni, che sarebbero molecole di acqua dissociata. Introducendo un acido in dosi molto basse, non si altera sostanzialmente questo equilibrio.
Spero di averti aiutato, ma non sono affatto sicuro di ciò che ho detto.

[Quinzio]

Prova a guardare questa pagina, credo di essere andato nella direzione giusta, cioè il prodotto della concentrazione di $

[n]$ rimane costante.
http://oldweb.ct.infn.it/~rivel/Tipi/Se ... aggio.html

[elgiovo]

"qadesh":drogando un semiconduttore di $N_D$ non è automatico che $\Delta n = N_D$? cioè...la variazione di concentrazione dei portatori maggioritari corrisponde a quante impurezze ho inserito...

Stai facendo confusione. Devi considerare una giunzione p-n, e non un solo blocco drogato n.
Prendiamo in considerazione le lacune. Una volta iniettate nella parte n sono minoritari (denotati con $p_n$, leggi lacune in zona n) che causano uno sbilanciamento di carica. Il semiconduttore reagisce con una quantità di maggioritari $\Delta n$ esattamente pari a $p_n$ per conservare la neutralità. Questi maggioritari si aggiungono a quelli che già si avevano all'equilibrio, e che sono pari a $n_{n0}=N_d$ (che è vero in caso di completa ionizzazione). Quindi riassumendo i maggioritari in zona n diventano

\(\displaystyle n_n = n_{n0} + \Delta n = N_d + \Delta n = N_d + p_n \)

Ora, hai due possibili situazioni:

- se $\Delta n$ è minore di $N_d$ sei in bassa iniezione.

- se $\Delta n$ è maggiore di $N_d$ sei in alta iniezione.

Il "succo" è questo: finché inietti poche lacune, la parte n rimane quasi imperturbata perché deve generare un eccesso di maggioritari molto minore rispetto a quelle di equilibrio e vale l'approssimazione $n_n \approx N_d$. Se si inietta un numero di lacune comparabile col numero dei maggioritari all'equilibrio allora nei conti si deve tenere in considerazione anche dell'eccesso di maggioritari, cioè $n_n = N_d + \Delta n$.