Chap 1 Introduction aux semiconducteurs Structure atomique de

Chap 1. : Introduction aux semiconducteurs

Structure atomique de semiconducteurs • Couches d’électrons et orbites 2

Structure atomique de semiconducteurs • Électrons de valence ♪ les électrons les plus éloignés du noyaux sont moins fortement liés à l’atome que ceux plus près du noyau. ♪ la couche la plus éloignée est connue sous le nom de couche de valence. ♪ les électrons de la couche de valence sont appelés électrons de valences. ♪ les électrons de valence participent aux liaisons à l’intérieur du matériau. 3

Structure atomique de semiconducteurs • Atomes de silicium et de germanium 4

Semi-conducteurs intrinsèques • Liaison atomique Liaisons covalentes du silicium 5

Semi-conducteurs intrinsèques • Liaison atomique Structure cristalline du silicium intrinsèque 6

Semi-conducteurs intrinsèques • Conduction des semi-conducteurs ♪ Diagramme de bandes d’énergie à la température du zéro absolu Bandes d’énergie pour un atome de silicium non excité 7

Semi-conducteurs intrinsèques • Électrons de conduction et trous a) Diagramme énergétique Création d’une paire électron-trou 8 dans un atome excité de silicium

Semi-conducteurs extrinsèques • Le dopage Les semi-conducteurs intrinsèques ne conduisent pas très bien le courant du fait de leur nombre limité d’électrons libres dans la bande de conduction. Ainsi la conduction d’un semi-conducteur est bien inférieure à celle d’un conducteur. Les conductibilités du silicium et du germanium peuvent être augmentée par l’addition d’impuretés dans le semi-conducteur intrinsèque. Ce procédé, appelé dopage. il ya deux types de dopage: - dopage de type N - dopage de type P 9

Semi-conducteurs extrinsèques • Semi-conducteur de type N Dopage de type N 10

Semi-conducteurs extrinsèques • Semi-conducteur de type N Dopage de type N 11

Semi-conducteurs extrinsèques • Semi-conducteur de type P Dopage de type P 12

Semi-conducteurs extrinsèques • Semi-conducteur de type P Dopage de type P 13

Jonction PN • Formation La jonction PN est à la base de la plupart des applications des semi-conducteurs. Elle est créée par la mise en contact d'un semi-conducteur de type P et d'un semi-conducteur de type N. Dans la zone de contact, les électrons libres du segment N pénètrent dans le segment P et se recombinent avec les trous. De même, les trous du segments P pénètrent dans le segment N et se recombinent avec les électrons. Ce phénomène est appelé diffusion. 14

Jonction PN • Formation de la barrière de potentiel Chaque électron qui traverse la jonction et se combine avec un trou, laisse un ion chargé positivement dans la région N. aussi quand l’électron se combine avec un trou de la région P, il donne naissance à un ion négatif dans la région P. L’existence d’ions positifs et négatifs sur les cotés opposés de la jonction crée un champ électrique E, et par là même une barrière de potentiel V 0. . (V 0 = 0. 7 V pour le silicium et 0. 3 V pour le germanium à 25°C) Le champ électrique tend à maintenir les porteurs majoritaires dans leurs zones respectives. 15