Tecnologia della fotorivelazione basata su dispositivi a ... - Matematica

4.4.2) Un caso particolare di interazione fra luce e silicio
I fotoni possono interagire con il silicio all’interno della zds* della giunzione pn polarizzata inversamente; nella
zds*, come è noto, lo svuotamento (completo) di portatori di carica mobili comporta, in assenza di radiazione
luminosa incidente e a temperature ordinarie, la mancanza di elettroni in BC e di lacune in BV. I fotoni possono
così rilasciare tutta la loro energia E = ђω agli elettroni atomici del silicio, nella zds*, provocando pertanto la
generazione di coppie elettrone/lacuna (cariche primarie fotogenerate), come mostrato in figura 28.
Fig. 28
Sulla sinistra è riportata una porzione del diagramma E – k del silicio monocristallino a temperatura ambiente: si tratta della regione di E(k)
di maggiore interesse per applicazioni fotoniche. Sulla destra è mostrato un ingrandimento della parte del diagramma a bande del silicio
circondata dall’ellisse rossa. Tale ingrandimento è finalizzato alla trattazione del problema a tre corpi, ovvero fotone, elettrone e fonone, che
consente di spiegare l’assorbimento ottico, da parte del silicio, di lunghezze d’onda infrarosse prossime ai 1150 nm, ovvero di energie
fotoniche prossime a quella di gap ( 1.08 eV, gap della valle X).
Va tuttavia puntualizzato il ruolo importante che possono assumere le vibrazioni termiche, dette “fononi”, del
reticolo cristallino del silicio, ovvero le vibrazioni termiche di ciascun atomo del cristallo intorno alla propria
posizione di equilibrio, cioè di minima energia. Supponiamo che arrivino, nella zds*, dei fotoni “trasversali” (da
non confondere con i fotoni “virtuali” che consentono molte interazioni fra particelle e decadimenti delle stesse),
ovvero fotoni costituenti un segnale ottico monocromatico (da rivelare) caratterizzato da una polarizzazione
(lineare, circolare, ellittica ecc…) perpendicolare rispetto alla direzione di propagazione della perturbazione
elettromagnetica. Supponiamo che i fotoni abbiano lunghezza d’onda λγ pari a circa 1150 nm, cioè che
appartengano al range NIR (“near infra red” – “luce infrarossa vicina”), cioè al range ottico le cui lunghezze
d’onda non sono molto superiori ai 700 nm, i quali approssimativamente corrispondono alla luce rossa.
Supponiamo che la generazione di una coppia e/h sia imputabile unicamente ad un singolo fotone incidente γ. Il
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