1. Assorbimento del fotone:quando un fotone con energia sufficiente interagisce con un materiale semiconduttore, può essere assorbito da un atomo nel reticolo del semiconduttore. Questa energia viene trasferita a un elettrone all'interno dell'atomo, provocandone l'eccitazione in uno stato energetico più elevato.
2. Generazione della coppia elettrone-lacuna:l'elettrone eccitato lascia la sua posizione originale, creando una lacuna carica positivamente dove si trovava precedentemente. Questo forma una coppia elettrone-lacuna, che sono i portatori di carica iniziali nel semiconduttore.
3. Trasferimento di energia:l'elettrone eccitato interagisce ulteriormente con altri atomi nel semiconduttore, trasferendo la sua energia in eccesso attraverso collisioni. Quando si scontra con gli atomi, perde energia e alla fine ricade in uno stato energetico inferiore.
4. Ionizzazione per impatto:durante queste collisioni, l'elettrone eccitato può trasferire energia sufficiente ad altri elettroni nel reticolo del semiconduttore, provocandone l'eccitazione e infine lo spostamento dalle loro posizioni originali. Questo processo è noto come ionizzazione per impatto. Di conseguenza, ciascuno di questi elettroni eccitati aggiuntivi può creare nuove coppie elettrone-lacuna, moltiplicando il numero di portatori di carica.
5. Effetto valanga:queste coppie elettrone-lacuna appena generate possono subire ulteriormente la ionizzazione per impatto, generando ancora più portatori di carica. Questo effetto a cascata crea una valanga di portatori di carica, amplificando il segnale originale proveniente dal singolo fotone assorbito.
Come risultato di questo processo, un singolo fotone può generare più coppie elettrone-lacuna, creando così quattro portatori di carica – due elettroni e due lacune – nel materiale semiconduttore. Questo fenomeno è particolarmente importante nei dispositivi a semiconduttore come fotodiodi e celle solari, dove l'assorbimento di fotoni porta alla produzione di corrente elettrica.
