Conduzione lacune

[Ianero]

Mi sono reso conto di non aver neanche ben capito il meccanismo fisico della conduzione delle lacune.
Parto dal fatto che la corrente visibile totale è composta solo dal movimento di elettroni nella banda di conduzione.
Quindi per quanto riguarda i semiconduttori n tutto abbastanza ovvio.
Nel p invece ho le lacune che si spostano nella banda di valenza. Fisicamente quindi ho degli elettroni (nella banda di valenza) che cambiano il loro "atomo-madre" spostando il loro legame covalente ma rimangono comunque in banda di valenza, non in conduzione.
Il movimento di elettroni in banda di valenza non può costituire una corrente, almeno credo. Infatti se così fosse ad esempio avrei un elettone che a furia di cambiare l'atomo di appartenenza (spostamento in banda di valenza) potrebbe arrivare fino al contatto metallico, e poi come farebbe ad uscire dal semiconduttore per iniziare a contribuire alla corrente?
Dovrebbe staccarsi dal reticolo, continuare a cambiare legame con il conduttore e poi riattaccarsi al reticolo dopo aver compiuto il giro del circuito?

Scusate se faccio domande un po' stupide ma giuro che non riesco a capire.

[ligabue]

Prova a vedere se questo articolo è chiarificatore: http://www.chimicamo.org/chimica-genera ... ipo-n.html

saluti

[Ianero]

Grazie della risposta.
Quell'articolo sembra darmi ragione, anche se il mio discorso mi pareva molto poco accettabile.

[Ianero]

L’altro portatore della carica è associato agli elettroni di valenza che rimangono confinati nei legami covalenti. Un legame rotto è associato ad una regione localizzata di carica positiva; nelle vicinanze del legame rotto c’è un eccesso di carica ionica positiva rispetto alla carica elettronica negativa, e l’eccesso ammonta a +q. Questa regione di carica positiva viene chiamata lacuna perché deriva da un difetto o vacanza nella struttura del legame.
Il moto della lacuna si verifica nel semiconduttore indipendentemente dagli elettroni di conduzione;
il moto della carica positiva localizzata avviene perché un elettrone di valenza in un legame prossimo al legame rotto, cioè vicino alla lacuna, può riempire la vacanza, facendo così muovere la lacuna nel verso opposto.
Gli elettroni di valenza possono così muoversi in questo modo da legame a legame senza mai acquistare quella energia sufficiente per liberarsi dalla struttura dei legami. La lacuna può muoversi per tutto il materiale senza minimamente coinvolgere gli elettroni di conduzione.

http://www.cremona.polimi.it/dispense/v ... UZIONE.pdf

A quanto pare ci avevo azzeccato.

Ma allora quando un elettrone di valenza arriva al contatto ohmico che succede?

[Ianero]

Riuscire a rispondere alla domanda in [4] mi riuscirebbe a far capire anche perché nell'analisi delle correnti nel diodo ideale a base corta si utilizza la condizione al contorno per cui le lacune che vengono iniettate nella zona n (in polarizzazione diretta, che non riescono quindi a esaurirsi per ricombinazione a causa del cammino troppo corto) devono comunque ritornare al loro valore di equilibrio al contatto metallico.

[DirtyDeeds]

Leggi questo documento, da p. 142.

Ti invito anche a prendere con le pinze certe rappresentazioni pittoriche con elettroni che saltano di qua e di là

[Ianero]

Grazie della segnalazione, appena credo di aver capito qualcosa mi faccio risentire

[Ianero]

Ho paura di non aver chiara la situazione.
Faccio un riepilogo, magari se hai tempo correggimi, per favore.

Contatti metallo-semiconduttore silicio n-type

Caso 1: livello di fermi silicio > livello di fermi metallo

Il silicio in prossimità del metallo si svuota di elettroni.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Man mano che drogo sempre di più ottengo

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Dove il motivo per cui il bending resta sempre uguale sarebbe la costanza del livello di Fermi nei metalli.
Non ho capito perché però questo dovrebbe essere ovvio.
Inoltre così facendo, ovvero drogando parecchio come nell'ultima figura, posso garantire il passaggio di elettroni dal semiconduttore al metallo anche attraverso tunnel.
Questo se ho capito bene dovrebbe rendere la resistenza di contatto praticamente zero, perché applicando una tensione:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

non è necessario che essa debba essere così elevata al punto da fornire energia sufficiente agli elettori per superare classicamente la barriera, in altre parole la corrente fluisce lo stesso, ovvero resistenza bassissima. Giusto?

Se invece la polarizzazione è inversa:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

non dovrebbe essere un caso di interesse, credo. Ad ogni modo ho che il semiconduttore si svuota di poco perché è fortemente drogato, mentre il metallo praticamente non si svuota.
Edit: pensandoci meglio invece interessa. Perché anche qui gli elettroni vanno dal metallo al silicio n per effetto tunnel.
Insomma come giro giro la polarizzazione gli elettroni sono spinti dalla ddp e non vedono barriere.

Caso 2: livello di fermi silicio < livello di fermi metallo

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

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Alla giunzione gli elettroni vanno dal metallo al semiconduttore, che si arricchisce ancora di più di portatori maggioritari quindi.
Qui direi che la barriera è praticamente bassissima, quindi il contatto è sempre ohmico (sto sempre immaginando la polarizzazione con il morsetto positivo al metallo), ovvero offre sempre una resistenza molto bassa indipendentemente dal drogaggio. Giusto?
In altre parole potrei trovare un metallo tale che il suo livello di fermi sia superiore a quello del silicio n che sto usando e otterrei un contatto ohmico senza necessità di drogare enormemente. O sbaglio?


Magari chiedo conferme su questo e poi passo ai contatti metallo-silicio p.

Grazie in anticipo.

[Ianero]

Faccio una lista numerata, perché tanto non ci sto capendo più niente.
Chi vuole rispondere gliene sarò molto grato.

1) Il livello di Fermi è l'energia massima del livello occupato in un materiale a temperatura 0K. Perché allora nei semiconduttori intrinseci (non drogati) dovrebbe stare a metà gap? Per me dovrebbe stare all'estremo superiore della banda di valenza.

2) Perché le bande di energia nei metalli non si possono piegare? In altre parole perché se aggiungo elettroni al metallo il suo livello di fermi non si alza?

3) Se la conduzione è fatta da lacune, che succede quando le lacune raggiungono il contatto metallico? Si ricombinano con gli elettroni del metallo (ovvero gli atomi del reticolo di silicio accettano elettroni dal metallo e li mettono nella propria banda di valenza?)

4) Drogando tantissimo aumento o diminuisco la resistenza del materiale?
A noi è stato detto che drogando troppo si abbassa la mobilità e diminuisce la resistività, ma mi sembrano due cose in contrasto tra loro.

5) La conduzione dovuta alle lacune (cioè elettroni in banda di valenza che si spostano nel reticolo, dove per spostarsi significa semplicemente che cambiano l'atomo di silicio con cui hanno fatto legame) come fanno a dare una corrente vera e propria? In altre parole, posso ad esempio accorgermene per effetto Joule? Mano mano che questi elettroni nelle bande di valenza cambiano atomo di appartenenza (lacuna che avanza), tutti verso una direzione ordinata (c'è un campo elettrico esterno applicato) dovrei vedere il silicio che si riscalda.
Succede davvero? Posso capirlo per gli elettroni in conduzione che, essendo praticamente liberi, sbattono contro gli atomi creando vibrazioni del reticolo (ovvero finalmente effetto Joule) ma per quelli in valenza che si spostano non riesco a vedere possibili urti.

6) Il messaggio precedente [8] contiene errori?