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Annales des Télécommunications

, Volume 15, Issue 1–2, pp 2–26 | Cite as

Étude des phenomenes de recombinaison et de génération dans les jonctions de germanium po−no

  • Maurice Bernard
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Sommaire

Le courant traversant une jonction semi-conductrice p-n est commandé par la recombinaison et la génération des électrons et des trous sur des centres de recombinaison. Une première série d’expériences (1956) prouve que le modèle deShokley de la jonction p-n (1949), très bien vérifié à température ordinaire par le germanium, n’est pas satisfaisant à plus basse température. On montre alors que le courant traversant une jonction p-n est la somme de deux termes, l’un donné par le modèle deShockley (courant de diffusion), l’autre par un modèle, dit modèle à courant de génération, que l’on propose pour expliquer les caractéristiques courant-tension des jonctions p-n à basse température. Pour une vérification précise de cette théorie on réalise des jonctions de Ge où la recombinaison se produit sur des impuretés chimiques définies (Co, Ni, Fe) en quantité déterminée (de l’ordre de 1013 at/cm3). Une difficulté théorique se présente: ces centres de recombinaison introduisent deux niveaux non indépendants dans la bande interdite et la théorie de la recombinaison deHall-Shockley-Read (1952) n’est plus valable; on fait alors la statistique de la capture des électrons et des trous par ce type d’impureté; durant la rédaction de cette thèse une théorie de la recombinaison sur une impureté à niveaux localisés a été publiée (Sah etShockley 1958); dans le cas où n=2 cette théorie est équivalente à celle que nous proposons. On mesure ensuite les caractéristiques couranttension des jonctions de germanium p-n dopées au Ni, au Co et au Fe entre 80° K et 400° K; les résultats sont en bon accord avec la théorie de la recombinaison sur des pièges à 2 niveaux et avec les deux modèles de la jonction p-n. On en tire les sections efficaces de capture des électrons et des trous par les impuretés considérées; les valeurs obtenues sont d’un ordre de grandeur raisonnable. Les sections efficaces les plus grandes (de 10−12 à 10−10 cm2) proviennent d’une interaction coulombienne de l’ordre de 0,10 eV; dans le cas des sections efficaces assez faibles pour n’intéresser qu’un petit nombre de mailles du réseau cristallin (de 10−16 à 10−13 cm2) l’interaction de l’impureté avec le porteur libre est au contraire très complexe. Enfin on met en évidence une croissance anormale du courant des jonctions avec la tension inverse; on montre que ce phénomène, au moins dans les jonctions, est lié à la densité des centres de recombinaison et dépend fortement de la température; on propose pour expliquer ces résultats l’hypothèse de chocs ionisants des électrons ou des trous sur les centres de recombinaison. Des expériences de photomultiplication à différentes températures rendent cette hypothèse plausible. Ces résultats théoriques et expérimentaux montrent que les jonctions p-n non seulement permettent d’étudier les mécanismes de recombinaison des électrons et des trons dans les semi-conducteurs mais encore, comme le montre la dernière partie de cette thèse, doivent fournir des renseignements intéressants sur les choes des porteurs libres.

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© Institut Telecom / Springer-Verlag France 1960

Authors and Affiliations

  • Maurice Bernard

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