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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio © 2006 Politecnico di Torino 1 La conduzione nei semiconduttori 2 La conduzione nei semiconduttori Proprietà elettriche nei materiali Concentrazioni di carica libera all’equilibrio Correnti nei semiconduttori Modello matematico

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino1

La conduzione nei semiconduttori

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La conduzione nei semiconduttori

Proprietà elettriche nei materiali

Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

Correnti nei semiconduttori

Modello matematico

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino2

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Obiettivi della lezione

Acquisire gli strumenti per descrivere la densità degli statiAcquisire gli strumenti per descrivere la distribuzione in energia degli elettroniCalcolo della densità dei portatori liberi in un semiconduttore drogatoEffetto del drogaggio sulla popolazione di portatori

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Riferimenti bibliografici per la lezione

“Dispositivi per la microelettronica”di Giovanni GhioneMcGraw-Hill, 1998

capitolo 2 e 3

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino3

Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

Densità degli stati disponibili e funzione di occupazione

Calcolo delle concentrazioni di carica libera

Legge dell’azione di massa

Semiconduttori drogati e condizione di neutralità

Esercizi: concentrazione portatori liberi ed EF

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino4

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Densità di portatori liberi

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Densità di portatori liberi

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Densità di portatori liberi

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Densità di portatori liberi

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Densità degli stati disponibili

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Densità degli stati disponibili

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Funzione di Fermi-Dirac

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Funzione di occupazione

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Funzione di Fermi-Dirac

Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino9

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Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

Densità degli stati disponibili e funzione di occupazione

Calcolo delle concentrazioni di carica libera

Legge dell’azione di massa

Semiconduttori drogati e condizione di neutralità

Esercizi: concentrazione portatori liberi ed EF

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Densità di portatori liberi

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino10

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Densità di portatori liberi

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Statistica di Boltzmann

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino11

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Statistica di Boltzmann

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Statistica di Boltzmann

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino12

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Densità di portatori liberi

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Livello di Fermi intrinseco

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino13

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Livello di Fermi intrinseco

Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino14

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Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

Densità degli stati disponibili e funzione di occupazione

Calcolo delle concentrazioni di carica libera

Legge dell’azione di massa

Semiconduttori drogati e condizione di neutralità

Esercizi: concentrazione portatori liberi ed EF

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Legge dell’azione di massa

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino15

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Equazioni di Shockley

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Equazioni di Shockley

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© 2006 Politecnico di Torino16

Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

Densità degli stati disponibili e funzione di occupazione

Calcolo delle concentrazioni di carica libera

Legge dell’azione di massa

Semiconduttori drogati e condizione di neutralità

Esercizi: concentrazione portatori liberi ed EF

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Neutralità elettrica

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Neutralità elettrica

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Neutralità elettrica

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Carica libera

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Carica libera

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Carica libera

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Livello di Fermi

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Livello di Fermi

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Livello di Fermi

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Livello di Fermi

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino22

Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

Densità degli stati disponibili e funzione di occupazione

Calcolo delle concentrazioni di carica libera

Legge dell’azione di massa

Semiconduttori drogati e condizione di neutralità

Esercizi: concentrazione portatori liberi ed EF

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino23

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Concentrazione portatori liberi ed EF: Sin

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Soluzione

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino24

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Soluzione

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Soluzione

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

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Concentrazione portatori liberi ed EF: Sip

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Soluzione

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© 2006 Politecnico di Torino26

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Soluzione

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Soluzione

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Dispositivi e Circuiti Elettronici Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

© 2006 Politecnico di Torino27

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Sommario della lezione

Densità degli stati disponibili e funzione di occupazione

Calcolo delle concentrazioni di carica libera

Legge dell’azione di massa

Semiconduttori drogati e condizione di neutralità

Esercizi: concentrazione portatori liberi ed EF