Efecto Poole-Frenkel

En física del estado sólido , el efecto Poole-Frankel es uno de los fenómenos físicos responsables de la existencia de una corriente de fuga a través de un dieléctrico . Publicado por primera vez en 1938 , este fenómeno lleva el nombre de Yakov Frenkel ( soviético ) y Horace Hewitt Poole ( irlandés ).

Mecanismo

La conducción de Poole-Frenkel resulta de la liberación de electrones atrapados en pozos potenciales . Tales trampas son el resultado de defectos en la estructura del material. La presencia de un campo eléctrico disimetra el pozo de potencial y, con la agitación térmica , existe una probabilidad distinta de cero de que un electrón adquiera suficiente energía para salir de la trampa y pasar a la banda de conducción . La densidad de corriente creada por el efecto Poole-Frankel responde a la siguiente ecuación: $J$

${\ Displaystyle {\ vec {J}} = \ sigma _ {FP} {\ vec {E}} exp \ left ({\ frac {-q \ left (\ phi _ {B} - {\ sqrt {\ frac {qE} {\ pi \ epsilon}}} \ \ right)} {k_ {B} T}} \ right)}$

o :

{\ Displaystyle \ sigma _ {FP}}

es la conductividad de Poole-Frankel, expresada en , que depende esencialmente de la calidad del dieléctrico.

{\ Displaystyle Sm ^ {- 1}}

mi

es el campo electrico

q

es carga elemental

{\ Displaystyle \ phi _ {B}}

es la barrera potencial

\ epsilon

es la permitividad dinámica

k_ {B}

es la constante de Boltzmann

T

es la temperatura .

La densidad de corriente aumenta exponencialmente con la temperatura, un resultado que puede vincularse intuitivamente con las estadísticas de Fermi-Dirac .

Puesta en practica

El método de caracterización experimental del efecto Poole-Frankel consiste en realizar una serie de medidas en una muestra, variando el campo eléctrico aplicado. Al graficar en función de , podemos aislar este fenómeno de otros posibles mecanismos de conducción, y mediante una simple regresión lineal identificar (ordenar en el origen), pero no determinar e independientemente - para esto también es necesario variar la temperatura. ${\ Displaystyle Ln (J)}$ ${\ sqrt {E}}$ ${\ Displaystyle ln (\ sigma _ {FP}) - {q \ phi _ {B}} / {qT}}$ ${\ Displaystyle \ sigma _ {FP}}$ ${\ Displaystyle \ phi _ {B}}$

La caracterización de este efecto es importante para predecir en particular las corrientes de puerta de los transistores de efecto de campo y la fiabilidad de ciertos microsistemas electromecánicos accionados electrostáticamente.

Notas y referencias

J. Frenkel, "Sobre fenómenos de pre-ruptura en aisladores y semiconductores electrónicos", Phys. Rev., vol. 54, págs. 647-648, 1938
Samuel Melle , análisis y modelado de los fenómenos de carga dieléctricos en RF MEMS: aplicación a la fiabilidad predictiva de microondas microinterruptores electromecánicos , Université Paul Sabatier - Toulouse III,14 de diciembre de 2005( leer en línea )
(in) Guntrade Roll , Corriente de fuga y caracterización de defectos de MOSFET de canal corto , Der Technische Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg,2012( leer en línea )