F. Is this App Safe? A Large Scale Study on Application Permissions and
F.4. Basic Analysis
A estrutura amorfa do semicondutor tem efeito directo sobre as propriedades de transporte, pelo que é importante focar alguns efeitos relacionados com o processo de fotocondução. Devido à alta densidade de estados presentes no hiato existem normalmente mais portadores aprisionados nos estados de cauda que nas respectivas bandas. Devido à menor inclinação da cauda da banda de valência, este facto é mais importante no que diz respeito às lacunas. Desta forma existe uma grande quantidade de carga que não está disponível, por exemplo por geração óptica, para a condução de corrente. Esta redução da fotocondução causada pelo aprisionamento dos portadores de carga, pode ser considerada como uma correcção introduzida no conceito de deriva [42, 43]. Aqui existe a diferenciação entre as mobilidades
nas bandas µn e µp e as mobilidades de deriva µnD e µpD para electrões e lacunas
respectivamente, expressas por:
n t f f D n n n n
µ
µ
+ = (2.9) p t f f D p p p pµ
µ
+ = (2.10)onde os factores de proporcionalidade são dados pela relação entre o número de portadores
livres (nf) e o total composto pelos portadores livres (nf) mais os aprisionados (nt). Na
literatura estes valores são tipicamente tomados entre 10-1 e 10-4, pelo que a mobilidade de
deriva é entre 10 a 10000 vezes menor que a respectiva mobilidade na banda [44, 45]. Adicionalmente, o aprisionamento dos portadores nos estados de cauda é o principal responsável pela resposta transiente mais lenta dos dispositivos baseados em silício amorfo, quando comparado com o seu congénere cristalino.
O papel dos portadores presentes nas bandas de energia no mecanismo de transferência de carga pode ser descrito recorrendo ao modelo “multiple trapping” [46]. De acordo com este modelo o transporte de corrente é devido apenas aos portadores presentes nas bandas. Os estados de cauda são vistos apenas como centros de aprisionamento, onde as cargas são
aprisionadas e libertadas, após um tempo de retenção, novamente para as bandas. As cargas aprisionadas junto aos limites das bandas só contribuem para o transporte de corrente após excitação térmica. As transições directas entre os estados profundos no hiato (dangling bonds) são ignoradas para efeitos de fotocondução, uma vez que normalmente estão associadas a baixas densidades de defeitos.
A influência das ligações flutuantes na fotocondução resulta principalmente da recombinação, que ao aumentar provoca uma diminuição da fotocondutividade. Neste contexto, é referida na literatura a diferenciação entre os estados de energia responsáveis pelo armadilhamento de carga, e os centros de recombinação, aos quais se dá o nome de níveis de demarcação [47] e que está relacionada com os quasi-níveis de Fermi. Os estados entre os limiares das bandas e os respectivos níveis de demarcação afectam principalmente o armadilhamento, enquanto para estados entre os níveis de demarcação predomina a recombinação. O número de centros de recombinação depende assim da “fragmentação” dos quasi-níveis de Fermi, i.e. da intensidade de injecção de carga, logo também da intensidade da radiação absorvida.
Geralmente no silício amorfo os processos de difusão no transporte de carga são negligíveis face aos de deriva, uma vez que devido à elevada desordem estrutural o comprimento de difusão dos portadores é bastante pequeno. O comprimento de difusão para o a-Si:H ronda 100 nm[48, 49], enquanto as distâncias de deriva dependentes da intensidade do campo eléctrico podem ser bastante superiores a 10 µm. Excepções a este ponto de vista simplificado deverão ser consideradas em situações de pequenas distâncias de deriva devidas à baixa intensidade do campo eléctrico, nas proximidades das regiões dopadas, bem como em situações de elevada absorção óptica e dos altos gradientes de concentração de portadores gerados por esta.
Nas estruturas utilizadas em sensores optoelectrónicos o mecanismo de funcionamento baseia-se na colecção assistida por campo eléctrico. Nestas estruturas a corrente gerada na camada de absorção é extraída pelo campo eléctrico existente.
A fotocondutividade está associada a dois mecanismos distintos e designada como fotocondutividade primária e fotocondutividade secundária [50]. A fotocondutividade primária está presente quando os portadores gerados numa camada absorvente são colectados por meio de contactos e injectados num circuito eléctrico exterior. Estes contactos são referidos como contactos bloqueantes, uma vez impedem a injecção externa de electrões. Como exemplo de fotocondução primária temos o caso da fotocorrente através de um díodo
onde são colectados e entregues ao circuito eléctrico exterior. Dentro da camada intrínseca a fotocorrente passa de uma corrente de lacunas nas imediações da camada p, para um fluxo de electrões no contacto n. Cada portador de carga gerado contribui para a fotocorrente se este for colectado antes de se recombinar, pelo que este processo depende da espessura da camada intrínseca, que condiciona o campo eléctrico interno E. Desta forma os comprimentos de
deriva lp e ln assumem um papel crucial e são expressos por:
E
ln =
µ
nDτ
n e lp =µ
pDτ
pE (2.11)sendo o comprimento de colecção lc dado por:
n p
c l l
l = + (2.12)
onde
τ
n eτ
p representam, respectivamente, o tempo de vida dos electrões e das lacunas.O regime de fotocondutividade primária é largamente utilizado nos sensores ópticos devido à baixa corrente de escuro, consequência da existência de contactos bloqueantes, e à alta gama dinâmica. Parte do trabalho aqui apresentado recai sobre este tipo de operação, nomeadamente no caso da detecção de imagem a preto e branco.
No caso da fotocondutividade secundária, os contactos podem injectar portadores de carga em número arbitrário. Isto acontece em contactos óhmicos ou em fotodíodos operados em polarização directa, acima da tensão de circuito aberto. Nesta situação ocorre um reforço da fotocorrente (a eficiência quântica pode ser superior à unidade), no entanto isto não significa que um fotão pode excitar mais que um electrão, mas sim que as cargas injectadas pelo contacto atravessam o dispositivo e são novamente colectadas no outro contacto. Assim, um portador pode atravessar o semicondutor várias vezes, enquanto com contactos bloqueantes cada portador só atravessa a zona de absorção uma vez. A eficiência de colecção no caso de fotocondutividade primária está limitada ao valor máximo de 1.