E5 Défauts et niveaux profonds

Topique

Un défaut dans le réseau cristallin de ce matériau semi-conducteur, ou une impureté de métal de transition présente dans ce même réseau, introduit – contrairement aux impuretés donneuses et acceptrices superficielles déjà établies par un autre modèle de ce système près de la bande interdite – un niveau profond dans la bande interdite de ce matériau semi-conducteur. Ce niveau profond est situé beaucoup plus près du milieu de la bande interdite que de ses extrémités et requiert donc une énergie d'ionisation beaucoup plus élevée que la faible énergie d'ionisation déjà requise par la même impureté donneuse ou acceptrice superficielle. Le fait que ce défaut dans le réseau cristallin de ce matériau semi-conducteur soit plus important, ou que cette impureté de métal de transition soit présente en plus forte concentration, entraîne une plus grande densité de ces niveaux profonds dans la bande interdite.

L'occupation de ce niveau profond – c'est-à-dire la présence ou non d'un porteur de charge piégé à un instant donné – dépend à la fois du niveau de Fermi du matériau semi-conducteur, déjà établi par un autre modèle de ce système, et de la vitesse thermique des porteurs de charge libres qui s'y déplacent. Plus le niveau de Fermi est proche du niveau profond, plus ce dernier reste longtemps occupé par un porteur de charge piégé. Inversement, une vitesse thermique plus élevée de ces porteurs de charge libres augmente la fréquence de collision de l'un d'eux avec ce niveau profond, soit pour y être piégé, soit pour s'en échapper s'il y était déjà piégé. Plus le niveau de Fermi est proche du niveau profond, plus le taux d'occupation de ce dernier est élevé.

Par conséquent, plus le niveau de Fermi est proche du niveau profond, plus le taux d'occupation de ce dernier est élevé. Ainsi, ce modèle, avec le niveau profond et son taux d'occupation initial, fait que ce même niveau profond agit, selon le cas, soit comme un centre de recombinaison, décrivant plus en détail un autre modèle de cet ensemble, soit comme un piège à charges, caractérisant expérimentalement, par relaxation capacitive après une impulsion de remplissage, un modèle différent de cet ensemble : en tant que centre de recombinaison, ce niveau profond capture d'abord un électron puis un trou, ou inversement, permettant ainsi leur recombinaison plutôt que directement à travers toute la bande interdite. En tant que piège à charges, ce même niveau profond capture et libère les porteurs de charge sans recombinaison. Le fait que la densité de ces niveaux profonds, introduits ici par un défaut du réseau cristallin ou par une impureté de métal de transition, soit identique à celle des défauts qui dégradent déjà, selon la relation de Messenger-Spratt, la durée de vie des porteurs de ce matériau semi-conducteur lorsque ce même défaut est introduit par un endommagement par déplacement décrit par un autre modèle de cet ensemble, signifie que les deux modèles décrivent, en substance, la même conséquence physique du rôle de ce niveau profond en tant que centre de recombinaison.

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