fisica dei dispositivi a stato solido

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6 CFU Fabio De Matteis dematteis@roma2.infn.it Stanza D007 – int. 4521. Fisica dei Dispositivi a Stato Solido. Dispositivi di processo dell'informazione. Segnali elettrici, onde em, pressione, …. Dispositivo. IN. OUT. Impulso di corrente o di tensione, impulso di luce. - PowerPoint PPT Presentation

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Fisica dei Dispositivi a Stato Solido6 CFU

    Fabio De Matteisdematteis@roma2.infn.itStanza D007 int. 4521

    Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis

  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Dispositivi di processo dell'informazioneSegnali elettrici, onde em, pressione, DispositivoINOUTImpulso di corrente o di tensione, impulso di luceInterrutore digitale, amplificatore, laser, rivelatore, sensore

    Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis

  • EsempiLM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Digital 0 1 Analog linearAnalog non-linear

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis* Materiali Vengono sfruttate le propriet degli elettroniGli elettroni possono muoversiEffettuano transizioni di statoNeutroni e protoni sono fissi

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Materiali Non-cristallini o AmorfiSolo gli atomi primi-vicini sono disposti con qualche regolarit. Sono detti anche vetri Ordine a corto raggioMateriali policristalliniGli atomi sono disposti con grandissima regolarit ma su distanze non grandi a piacere. GraniTra grani non c correlazione. In ognuno la struttura riparte in direzione randomOrdine a medio raggio

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Solidi cristalliniGli atomi sono disposti con grandissima regolarit .Conoscendo la posizione e la specie di pochi atomi, possibile predire la posizione e la natura chimica di tutti gli atomi del campione.Ordine a lungo raggioI cristalli sono costituiti da blocchi identici che si ripetono con una precisa periodicit spaziale.I blocchi sono atomi o gruppi di atomi. In principio possono essere anche molto complessi (proteine). Per la maggior parte dei semiconduttori la base costituita da due atomi.

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Reticolo cristallinoIl reticolo linsieme di punti nello spazio che forma la struttura periodicaAd ogni punto reticolare attaccato il blocco di atomi che costituisce la baseReticolo + Base = Struttura cristallina R= R + m1 a1 + m2 a2 +m3 a3R e R sono due punti qualsiasi del reticolom1,m2,m3 sono interia1,a2,a3 vettori di traslazione primitiviReticolo di Bravais

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Reticolo cubico sempliceUn punto reticolare in ogni vertice del cubo.Vettori primitivi lungo gli spigoliReticolo cubico a corpo centrato (bcc)Un punto reticolare in ogni vertice del cubo ed uno al centro.Vettori primitivi lungo due spigoli e sulla diagonale(1,0,0)(0,1,0)(, , )(1,0,0)(0,1,0)(0,0,1 )

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Reticolo cubico a facce centrate (fcc)Un punto reticolare in ogni vertice del cubo e al centro di ogni faccia.Vettori primitivi lungo le diagonali delle facce(0,,)(,0,)(,,0)Quasi tutti i semiconduttori di maggior interesse cristallizzano nel cubico a facce centrate con base (0,0,0) e (a/4,a/4,a/4). Se gli atomi della base sono uguali si parla di struttura del diamante. (C, Si, Ge)Se gli atomi della base sono diversi si parla di zincoblenda (ZnS). (GaAs, CdS, AlAs)

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*La costante reticolare del Silicio 5,43; quella del Arseniuro di Gallio 5,65. Quanti atomi ci sono in un centimetro cubo?Struttura fcc con due atomi nella base. Il volume unitario a3. Ciascuno degli otto vertici del cubo condiviso da otto cubi adiacenti. Mentre i sei punti al centro delle facce sono condivisi da due cubi ciascuno

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Indici di MillerSi definiscono gli assi x, y, zSi prendono le intercette dei piani lungo gli assi in unit di costante reticolareSi prende la terna dei reciproci delle intercette e la si riduce alla terna di pi piccoli interi h,k,lIndici di Miller( h k l ) famiglia di piani paralleli{ h k l } famiglia di piani equivalenti [ad es. nel cubico { h k l } = { l h k } ]

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*DirezioniSi usa la terna di pi piccoli interi che hanno lo stesso rapporto dei coseni direttori.In un sistema cubico gli indici di Miller di un piano coincidono con la terna che individua la direzione perpendicolare al piano[ h k l ] insieme di direzioni parallele< h k l > direzioni equivalenti

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis* Materiali ElettroniciMetalli: conducibilit molto alta Semiconduttori

    Isolanti: conducibilit molto bassa

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Modello di Drude

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Materiali ElettroniciLegge di Ohm

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*mobilitMateriali ElettroniciTra collisioni successive Facendo la media otteniamo:avendo posto = 0 e < t > = t .

    Cu6x105 -1 cm-1Si10-5103 -1 cm-1Isolanti10-1510-10 -1 cm-1

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Modello di DrudeCalcoliamo la densit degli elettroni per Al Si e CNe numero di elettroni per atomoM massa atomica densit di massa

    M(g cm-3)valenzaAl272.73C123.5154Si282.334

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  • LM Sci&Tecn dei Materiali A.A.2014/15Fisica dei Dispositivi a Stato Solido - F. De Matteis*Inadeguatezza del modello di DrudeLa proporzionalit della conducibilit rispetto al numero di valenza non sempre rispettataIn alcuni materiali la corrente sembra essere prodotta da cariche positiveLa conducibilit in alcuni casi varia di ordini di grandezza con lintroduzione di piccole quantit (poche parti per milione) di impurezze Alcuni materiali non seguono proprio la legge di OhmModello classico Modello quantistico

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    **Inverter/switch Amplificatori Dispositivi rettificatori***************

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