Ricombinazione gap indiretto

[slashino]

Ciao a tutti,

nei materiali a gap indiretto la ricombinazione di una coppia elettrone-lacuna può avvenire soltanto in modo assistito, poiché è necessario che venga conservata, oltre che l'energia, anche la quantità di moto.
Leggo che questo può avvenire o tramite interazione con un fonone, oppure con un difetto. Nel secondo caso la transizione avviene in due step, il primo dalla banda di conduzione al livello introdotto dal difetto, il secondo dal livello introdotto dal difetto alla banda di valenza.
Qualcuno potrebbe spiegarmi nel dettaglio come avviene il trasferimento di quantità di moto in questo caso? Che valore del K è associato al livello energetico introdotto dal difetto?

Grazie mille

[DrCox]

Quelli di cui parli sono i processi di generazione/ricombinazione assistiti da trappole: meccanismo SRH.
Il processo di generazione/ricombinazione avviene in modo simile alle generazioni/ricombinazioni ordinarie.
Prendiamo ad esempio un elettrone che salta dalla banda di valenza alla banda di conduzione, ovvero il caso di generazione di una coppia elettrone-lacuna.
NOTA: il fatto che questa generazione sia dovuta a fotoni, a fononi, o ad entrambi i fenomeni (come è comune nel caso di semiconduttori a gap indiretto) non è di fondamentale importanza per capire come avviene questo processo "in due passaggi".

In assenza di trappole (ovvero in assenza di difetti nel cristallo) tra la b.c. e la b.v. non esistono livelli energetici a cui l'elettrone possa posizionarsi. Quando vengono introdotti difetti nel cristallo (un esempio su tutti: la presenza di atomi di ossigeno nel canale) nascono dei livelli energetici permessi collocati tra la b.v. e la b.c..
Un elettrone in b.v. che volesse saltare in b.c. richiederebbe un'energia pari ad almeno .
Se il livello del difetto lo collochiamo ad , allora per poter scappare dalla banda di valenza gli occorre un'energia inferiore rispetto a prima: . Questa energia può essergli fornita, ad esempio, da un fotone.
Cosa abbiamo ora? Abbiamo una lacuna in b.v. ed un elettrone nello stato trappola.
Con l'arrivo di un altro fotone avente energia , questo elettrone nello stato trappola potrà saltare i banda di conduzione.

La peculiarità principale di questi processi è la loro grande probabilità di verificarsi. E' infatti estremamente più probabile che arrivino due fotoni ad una certa energia, permettendo all'elettrone di fare quei due salti in sequenza, piuttosto che non l'arrivo di un singolo fotone ad energia doppia.

Riguardo al livello associato al difetto, beh... tutto dipende dal tipo di difetto!
Atomi di ossigeno avranno una certa collocazione (energeticamente parlando) all'interno del bandgap, atomi di Germanio si posizioneranno ad un livello differente.

[slashino]

Ti ringrazio per la risposta, ma è rimasta ancora una domanda: anche nel caso di ricombinazione assistita da difetto, è necessario coinvolgere comunque un fonone? Per esempio, nel caso di un atomo di Fosforo, dove si collolca lo stato energtico introdotto nello spazio k?

Grazie mille

[DrCox]

anche nel caso di ricombinazione assistita da difetto, è necessario coinvolgere comunque un fonone?

Nel caso di semiconduttori a gap indiretto come il Silicio, sì. La differenza tra il minimo della banda di conduzione ed il massimo della banda di valenza nello spazio k è troppo grande per permettere una ricombinazione assistita unicamente da fotoni. L'introduzione di un singolo difetto intermedio non risolve il problema: anche nel caso in cui questo difetto si collocasse esattamente a metà della differenza nello spazio k, in ogni caso così come il era troppo grande, non è sufficientemente più piccolo rispetto al caso precedente.

Quale sia l'esatta collocazione in termini di energia e spazio k di un atomo di fosforo, non so risponderti. Ma con una ricerca in rete confido che tale informazione si riesca ad ottenere agilmente.

[slashino]

Grazie mille, sei stato molto chiaro