Portadores excesso são elétrons e lacunas presentes em semicondutor acima de suas concentrações equilíbrio térmico (n0, p0). São os agentes ativos de toda operação dispositivos optoeletrônicos e bipolares.
Mecanismos Geração
- Óptico (Fotogeração): Fóton (E > Eg) cria par e-h. Base fotodiodos, células solares, imagers CCD/CMOS.
- Injeção Elétrica: Junção p-n polarizada diretamente injeta portadores minoritários através junção. Base diodos, BJTs, LEDs, lasers.
- Ionização Impacto: Campo alto acelera → pares e-h knock-on. Fotodiodos avalanche, ruptura.
- Térmico (acima equilíbrio): Não "excesso" — apenas n0, p0 maiores em T maior.
Recombinação e Vida Útil
Portadores excesso Δn = Δp decaem via:
- Radiativa (Banda-a-Banda): Gap direto (GaAs, InP) → emissão fóton (LED, Laser). τrad ~ ns.
- Shockley-Read-Hall (Armadilhas): Defeitos/impurezas medeiam. Dominante Si, Ge. τSRH ~ µs–ms.
- Auger (Três Partículas): Dopagem/injeção alta. τAuger ∝ 1/N².
- Recombinação Superfície: Ligações pendentes superfícies/interfaces. Crítico nanoestruturas.
Vida útil efetiva: 1/τeff = 1/τrad + 1/τSRH + 1/τAuger + 1/τsurf
Transporte: Difusão e Deriva
- Corrente Difusão: Jdiff = qD ∇(Δn). Portadores movem gradiente concentração. Comprimento difusão L = √(Dτ).
- Corrente Deriva: Jdrift = qμnE. Campo-dirigida.
Impacto Dispositivos
| Dispositivo | Papel Portadores Excesso |
|---|
| Célula Solar | Δn, Δp fotogerados separados campo junção → fotocorrente |
| BJT | Minoritários injetados base difundem coletor → amplificação |
| LED / Laser | Δn, Δp injetados recombinação radiativa → luz |
| Fotodiodo | Δn, Δp fotogerados varridos polarização reversa → fotocorrente |
| Diodo Potência | Carga armazenada (Δp n-drift) determina recuperação reversa (Qrr, trr) |
Medição
- Decaimento fotocondutividade (PCD): Pulso luz, monitor decaimento condutividade → τeff.
- PCD Micro-ondas (µ-PCD): Sem contato.
- Fotoluminescência Resolvida Tempo (TRPL): Vida radiativa.
- Espectroscopia Transiente Nível Profundo (DLTS): Parâmetros armadilhas.
