"Tecnologia della fotorivelazione basata su dispositivi a semiconduttore" - seconda parte

Per progettare un fotorivelatore PIN che soddisfi la suddetta specifica, ma più in generale per costruire un qualunque dispositivo optoelettronico ad eterogiunzioni (LEDs e LASERs, ad esempio), è necessario tener conto del grafico riportato in figura 58, noto come grafico della “compatibilit{ reticolare” (“lattice matching”) fra semiconduttori. Questo grafico ha in ascissa il passo reticolare “a” (misurato in A°), che caratterizza, da un punto di vista spaziale, la struttura e le propriet{ cristalline dei materiali raffigurati, e in ordinata l’energia di gap Egap (misurata in eV) e, nel verso opposto, sia la parte reale nr’ dell’indice di rifrazione complesso dei semiconduttori che la lunghezza d’onda λgap della radiazione luminosa del fotone che, per un dato semiconduttore, può produrre la transizione di un elettrone dal livello energetico EV a quello EC. Quest’ultima scala di grandezza, che è del tutto equivalente a quella dell’energia di gap, è usata soprattutto nell’ambito delle telecomunicazioni su fibra ottica, settore in cui è consuetudine, per motivi storici, riferirsi alle lunghezze d’onda λ.
Il grafico contiene dei punti, collegati fra loro da delle linee: i punti rappresentano dei semiconduttori binari, strutturati secondo la geometria zincoblenda, ciascuno ottenibile mediante un opportuno processo di crescita epitassiale realizzata in condizioni di ultra - alto vuoto (MBE – “Molecular Beam Epitaxy” – “epitassia da fasci molecolari”, descritta brevemente nell’appendice A). Ciascun semiconduttore binario è costituito da un elemento del V° gruppo (l’elemento scritto a destra) e da uno del III° gruppo (l’elemento scritto a sinistra), oppure da uno del VI° gruppo (scritto a destra) ed uno del II° gruppo (scritto a sinistra). Ciascun punto, ossia ciascun semiconduttore binario, ha come ascissa la propria costante reticolare, e come ordinata il valore dell’energia del gap più piccolo (che è rintracciabile, nel diagramma a bande E – k, nel punto Γ nel caso di gap diretto, nei punti X o L nel caso di gap indiretto) tipico della propria struttura a bande. Ciascuna linea collega due semiconduttori che differiscono, fra loro, unicamente per uno dei due elementi che li costituiscono. Ad esempio il GaP è collegato, mediante una linea, all’GaAs: in questo caso, percorrendo la linea in un senso o nell’altro, varia solo l’elemento del V° gruppo. Oppure l’GaAs è collegato, mediante una linea, all’InAs: in questo caso, percorrendo la linea in un senso o nell’altro, varia solo l’elemento del III° gruppo. Su una qualunque linea del grafico si trovano i semiconduttori ternari. Ad esempio lungo la prima linea citata si trova il semiconduttore GaAs(x)P(1-x), dove la concentrazione dell’elemento del III° gruppo rimane invariata, mentre variano quelle degli elementi del V° gruppo. Continua »