Conductions Intrinsèque et Extrinsèque - La Jonction N.P. :
MATÉRIALISATION DES FONCTIONS LOGIQUES
INTRODUCTION :
Jusqu'à présent, nous avons
surtout matérialisé les états binaires à l'aide d'un interrupteur, celui-ci
étant ouvert ou fermé.
L'association de plusieurs de ces
interrupteurs permet de réaliser les fonctions logiques.
Cet interrupteur se compose d'un
système d'entrée et d'un système de sortie.
En fonction de la présence ou de
l'absence d'une action sur l'entrée, la sortie peut prendre deux états bien
différenciés.
Chacun de ces états étant
indissociable de l'un des états d'entrée.
D'autre part, la technologie de cet
interrupteur, ou élément de base, concerne sa réalisation, sa
matérialisation physique. De cette matérialisation découle l'origine de
l'énergie qu'il faut appliquer au système d'entrée pour modifier l'état de
la sortie. Elle nous renseigne aussi sur le type d'énergie utilisable en sortie.
Dans le cas de l'interrupteur,
l'énergie utilisée au niveau de l'entrée est d'origine mécanique, celle
utilisable en sortie est électrique.
Cette origine peut être
différente, selon la technologie employée (pneumatique, hydraulique,
électromécanique ou électrique).
En fonction du but recherché, on
utilise une technologie plutôt qu'une autre, pour ses qualités mieux
adaptées.
Il ne faut surtout pas établir de
hiérarchie prestigieuse dans ce choix ; il y est d'abord question de
critères techniques et aussi de prix de revient quand il faut réaliser plusieurs exemplaires.
Ces deux paramètres suffisent pour
comprendre qu'il n'y a pas de choix définitif, mais que celui-ci peut
représenter un compromis intéressant pour une époque donnée, ce qui est
d'ailleurs valable dans d'autres domaines.
La réalisation des fonctions
logiques avec des contacts est encore utilisée aujourd'hui dans certains
secteurs comme la téléphonie ou certains automatismes (commande d'ascenseurs)
mais il s'agit surtout de matériels sûrs, qui remplissent toujours leur
fonction, car les réalisations récentes sont désormais électroniques, les
services rendus étant, par ailleurs, identiques.
Cette technologie des contacts ne
convient pas pour certaines utilisations où la rapidité de calcul est
primordiale et où le grand nombre de fonctions conduirait à des systèmes de
taille gigantesque.
L'électronique apporte une
solution au problème de la rapidité, mais les montages à lampes étaient
très volumineux et consommaient beaucoup d'énergie.
Il fallut attendre l'avènement des
semi-conducteurs pour que l'électronique numérique prenne son essor.
On réalisa d'abord les diodes dont
certaines applications furent orientées vers la logique, puis vinrent les
transistors pour lesquels les applications dans ce domaine sont nombreuses.
Il ne restait plus qu'à intégrer
un nombre de plus en plus grand de transistors sur quelques millimètres
carrés pour aboutir au microprocesseur, en association avec une maîtrise de
plus en plus grande de l'algèbre logique par un plus grand nombre de techniciens.
Il nous paraît indispensable de
détailler un peu ces étapes, afin de mieux dominer le problème. Nous vous
proposons la progression suivante :
les semi-conducteurs
la diode et les dérivés
l'effet transistor
le transistor bipolaire
le transistor à effet de champ
les fonctions logiques à diodes
les fonctions logiques à diodes
et transistors bipolaires
les fonctions logiques à
transistors bipolaires
les fonctions logiques à
transistors à effet de champ
les autres familles logiques
les circuits intégrés et leur
évolution
les circuits employés dans
l'industrie
lexique des termes utilisés
dans les catalogues constructeurs
les différentes sortes de
boîtiers.
Ces différents thèmes sont
traités dans les quatre leçons de technologie.
D'une manière générale, tout
dispositif utilisant la circulation d'un flux d'électrons prend le qualificatif d'électronique.
Dans ces dispositifs, un certain
nombre de principes physiques sont mis en œuvre afin de favoriser la naissance
du flux d'électrons. Celui-ci est ensuite contrôlé à l'aide d'un signal de même nature.
Parmi les différents corps
existants, en ce qui concerne l'électricité, nous pouvons les classer en deux catégories :
les matériaux isolants, non conducteurs de l'électricité
les matériaux conducteurs, qui permettent le passage du courant.
Entre ces deux limites,
s'intercalent les matériaux semi-conducteurs, tel le germanium ou le silicium.
Les premiers dispositifs à
semi-conducteurs furent réalisés à partir du germanium. Ensuite, on utilisa
le silicium.
Le germanium est tiré des blendes
desquelles on extrait également le zinc. Il y en a peu et il est difficile à produire.
Le silicium existe en grande
quantité puisqu'il est tiré du quartz et de la silice. Ce qui explique, en
partie, la généralisation de ce matériau.
1. 1. - RAPPEL SUR LA CONSTITUTION DE LA MATIÈRE
La plus petite partie d'un corps
conservant encore les mêmes propriétés que celui-ci, se nomme la molécule.
La molécule est constituée
d'atomes, en nombre variable, fonction du type de molécule.
L'atome se compose d'un noyau
central et d'électrons qui gravitent autour de celui-ci sur des orbites, ou
couches, dont le nombre varie en fonction de l'atome considéré comme le
montre la figure 1 pour le germanium et le silicium.
Le noyau est constitué de protons
et de neutrons. La charge électrique des neutrons est nulle tandis que celle
des protons est positive.
Les électrons possèdent une
charge de même valeur que celle des protons mais de signe opposé,
c'est-à-dire négative.
Les charges des protons et celles
des électrons s'équilibrent, ce qui fait que l'atome est électriquement neutre.
Les électrons tournent autour du
noyau, à l'image de notre système solaire et des planètes qui le composent.
Les couches successives sur
lesquelles circulent ces électrons, constituent des niveaux d'énergie.
Cela signifie que plus la couche est
rapprochée du noyau, plus il faut d'énergie pour lui arracher un électron.
C'est la dernière couche, ou couche
extérieure dite de valence, qui nous intéresse car c'est elle qui permet les
liaisons avec les atomes voisins autorisant ainsi la constitution de la molécule.
D'autre part, c'est sur cette couche que l'on pourra tricher en ajoutant ou retranchant un électron.
La charge électrique d'un atome est
neutre. On peut rompre cet équilibre en lui retranchant un électron de sa
couche périphérique. La charge restante devient positive. On dit que l'atome
est ionisé positivement et il prend le nom de cation.
Dans le cas contraire, si on ajoute
un électron à la couche de valence, l'atome est ionisé négativement. Il
prend le nom d'anion.
L'atome de silicium possède sur sa
couche périphérique, ou couche de valence, 4 électrons. Ceux-ci permettent la
liaison avec 4 atomes voisins.
A la température du zéro absolu,
toutes ces liaisons sont stables et le matériau peut être considéré comme
isolant.
Pour arracher un électron de son
orbite, il faut le soumettre à une force plus importante que celle qui le lie
à son noyau.
Cette force peut être la résultante
d'un champ électrique créé par une tension, ou une élévation de température
dont les effets se manifestent par des vibrations moléculaires. Ces vibrations
se traduisent par l'application d'un système de forces sur les électrons dont
la résultante peut suffire à arracher ceux-ci de leur orbite.
A la température de 20° C, le réseau
cristallin du silicium est le siège d'une agitation thermique importante.
Des électrons sont alors arrachés
de leurs orbites et, dans leurs cheminements, ils se recombinent avec des atomes
ionisés positivement (c'est-à-dire des cations ou atomes ayant perdu précédemment
un électron).
La quantité d'électrons libres est
toujours égale à la quantité de "trous" prêts à accepter un électron,
car la formation d'un trou est la conséquence du départ d'un électron.
Une augmentation de température
entraîne la formation d'une quantité encore plus grande de paires "électrons / trous".
La mobilité de celles-ci
conditionne la densité du courant circulant dans le matériau (le courant électrique
est un déplacement d'électrons).
On constate, pour les
semi-conducteurs, que lorsque la température augmente, la conductibilité fait de même.
Dans le germanium, cette
augmentation est plus importante, car la force nécessaire pour arracher un électron
de son orbite est plus faible que pour le silicium.
1.3. - CONDUCTION EXTRINSÈQUE
Si, dans le réseau cristallin du
silicium, on introduit, en quantité suffisamment faible pour ne pas modifier
celui-ci, un corps dont les atomes possèdent 5 électrons sur leur couche périphérique,
ces atomes d'impuretés entrent dans le maillage du réseau cristallin, en
imbriquant 4 électrons de leur couche de valence avec 4 atomes adjacents de
silicium. Dans cette organisation, le cinquième électron est en "excès". A
la température de 20° C, l'agitation thermique arrache cet électron de son
orbite. Ainsi, l'atome d'impureté devient ionisé positivement (cation),
puisqu'il perd une charge négative, l'électron.
Toutefois, ces charges opposées étant
contenues dans le même volume, la charge résultante est nulle.
L'agitation thermique agit sur les
atomes de silicium, la conduction intrinsèque existe toujours, mais la présence
d'électrons en surnombre (due aux impuretés) aura tendance à recombiner
d'autant plus vite le nombre d'atomes de silicium ayant perdu un électron, afin de reconstituer le maillage.
Il ne restera finalement que peu de
liaisons manquantes dans le réseau. Ces manques sont en infériorité numérique
par rapport aux électrons libres. Ils sont porteurs d'une charge positive. Pour
rétablir leur équilibre, ils doivent accepter un électron.
Dans ce type de matériau, ils sont
les porteurs minoritaires ou
accepteurs
(ce sont les trous).
Par opposition, les atomes d'impureté
ayant libéré un électron sont appelés des donneurs.
Ces électrons, en plus grand nombre que les trous, sont dits majoritaires et
puisqu'ils sont porteurs d'une charge électrique (négative), on les appellera :
les porteurs
majoritaires.
Cette opération, qui consiste à
injecter des impuretés dans le silicium (ou dans le germanium), prend le nom de
:dopage.
Le résultat du dopage que nous
venons de décrire se nomme :
La conductibilité de type
N, dans laquelle
les porteurs majoritaires sont les électrons, les porteurs minoritaires, les
trous.
Un raisonnement parallèle peut être
tenu en injectant des atomes d'impureté trivalents (3 électrons sur la couche
périphérique de valence), dans le réseau cristallin du silicium. Dans ce cas,
chaque atome d'impureté s'associe avec 4 atomes adjacents de silicium, mais un
électron, dans ce maillage, est manquant. Ceci constitue une place, ou trou,
susceptible de recevoir un électron.
L'agitation thermique, conduisant à
la conduction intrinsèque, fournit l'électron à cette place vacante, afin de
reconstituer le maillage, créant ainsi un atome ionisé négativement (anion).
Il s'ensuit que les électrons
libres, dans ce cas, sont en infériorité numérique par rapport aux trous, ils
prendront l'appellation de porteurs minoritaires. Les atomes les ayant libérés
sont les donneurs (qui après cette opération deviennent ionisés positivement,
ce sont des cations).
Les trous, avec ce type de dopage,
étant majoritaires, prennent le nom de porteurs majoritaires, et les atomes
auxquels ils appartiennent sont les accepteurs.
Les atomes d'impureté injectés
sont électriquement neutres. Quand ils captent un électron supplémentaire,
ils se chargent négativement, mais cette charge est compensée par la création
d'une autre, de signe opposé, due au départ de cet électron d'un atome voisin.
L'ensemble reste électriquement
neutre. Ce dopage permet d'obtenir :
La conductibilité de type P, dans laquelle les porteurs majoritaires
sont les trous, les porteurs minoritaires, les électrons.
En résumé, les matériaux de
conductibilité N ou
P
sont électriquement neutres.
Dans le matériau N, tout se passe comme si
on avait injecté des électrons ou porteurs majoritaires. Quelques manques
subsistent dans le maillage, dûs à l'agitation thermique, ce sont les trous ou porteurs minoritaires.
Dans le matériau P, tout se passe comme si
on avait injecté des trous ou porteurs majoritaires. Quelques électrons libres
subsistent, dûs à l'agitation thermique, ce sont les porteurs minoritaires.
Il faut souligner, pour ce qui va
suivre, que les trous ne se déplacent pas dans le réseau cristallin. Seuls,
les électrons qui sont des éléments matériels, se déplacent.
La conséquence du départ d'un électron
est une lacune ou trou à l'emplacement qu'il occupait précédemment. Il y a
donc circulation d'électrons dans un sens et
l'apparence d'un déplacement de trous en sens inverse.
Dans les descriptions faites, nous
avons parlé de liaisons entre atomes. Il existe plusieurs manières pour les
atomes de se lier les uns avec les autres. Dans le cas présent, il s'agit de
liaisons covalentes (ou liaisons de valence).
Nous avons fait la connaissance de
deux types de conductibilité :
le type N
le type P
Si on associe, côte à côte, un
matériau de type N avec un matériau de
type P, nous effectuons une
jonction.
Celle-ci désigne la mince zone dans
laquelle la conductibilité passe du type N
au type P (ou l'inverse).
Examinons ce qui se passe au niveau
de cette jonction dans les cas suivants :
- sans polarisation
- avec polarisation inverse
- avec polarisation directe
1. 4. 1. - JONCTION NON POLARISÉE (figure 1 bis)
Dans la figure 1 bis ainsi que dans
les figures 2 et 3 qui suivent, un certain nombre de signes ont été employés
et que nous allons détailler à présent :
Matériau N
- atome pentavalent d'impureté, injecté dans le
silicium. Avec l'agitation, celui-ci devient :
- un électron libre.
- un cation entrant dans le maillage. Sur les
dessins, pour plus de clarté, seuls les électrons libres et les cations seront
représentés.
Matériau P
- atome trivalent d'impureté, injecté dans le
silicium. Avec l'agitation thermique, il capte l'électron manquant pour entrer
dans le maillage et devient :
- anion entrant dans le maillage
Dans les deux matériaux, nous
trouvons également :
- atome de silicium du maillage ayant perdu un électron
par agitation thermique
- électron libre échappé de l'atome de silicium.
a) - Le courant de diffusion
Les électrons porteurs majoritaires
de la zone N, diffusent dans la zone
P
où ils se recombinent avec les porteurs majoritaires de cette zone, en prenant place dans les trous.
Il y a déséquilibre des charges électriques,
en effet, dans la zone N, les électrons
ayant disparu, la charge des donneurs ou ions positifs
(cations) n'est plus contre-balancée et cette zone devient positive.
L'apport d'électrons dans les
lacunes de la zone P modifie l'équilibre électrique
de cette zone avec apparition d'ions négatifs
(anions).
Le déplacement d'électrons de la
zone N
vers la zone P
se nomme : courant de
diffusion.
Il s'accompagne d'une charge
d'espace positive du côté du matériau N
et d'une charge égale mais de signe contraire du côté du matériau P.
Celles-ci créent un champ électrique e.
b) - Courant de conduction
L'effet de ce champ électrique e
va forcer les électrons porteurs
minoritaires de la zone P, à circuler vers
les lacunes ou porteurs minoritaires de la zone N,
tendant à contre-balancer les charges perdues par courant de diffusion.
Un courant d'électrons s'établit
de la zone P vers la zone
N.
Celui-ci est dû, dans ce cas, aux porteurs minoritaires de ces zones.
La jonction est le siège de deux
courants égaux mais opposés. Il ne circule aucun courant dans le circuit extérieur.
La zone dans laquelle prend
naissance le champ électrique e
se nomme :
c) - Barrière de potentiel
Dans cette zone, la concentration en
porteurs devient identique à celle de la conduction intrinsèque (à température égale).
1. 4. 2. - JONCTION POLARISÉE DANS LE SENS INVERSE (figure 2)
Appliquons maintenant le pôle négatif
d'une pile sur l'électrode du matériau P
et le pôle positif sur le matériau N.
Le champ électrique créé par
l'application de la tension de cette pile est de même sens que le champ électrique
e de
la barrière de potentiel.
Ces deux champs s'additionnent et
favorisent la circulation d'électrons ou porteurs minoritaires du courant de
conduction. De plus, les électrons libres de la zone N
et les porteurs majoritaires de la zone P
(les trous) sous l'effet de ce champ, vont s'écarter de la jonction.
Il s'ensuit que la concentration en
cations de la zone N
et anions de la zone P
va augmenter près de la jonction.
La barrière de potentiel est élargie
et la circulation d'électrons, porteurs majoritaires, est déficitaire par
rapport à celle des porteurs minoritaires, d'autant que le champ e
augmente. Une limitation de ce courant s'établit
car le départ des électrons de la zone P
et leur arrivée dans la zone N, créent une
charge d'espace qui limite ce courant en contrecarrant l'augmentation de e.
Il circule donc un faible courant dans le circuit
extérieur. A température constante, pour une augmentation de la tension de la
pile donc une augmentation de E, le courant
reste pratiquement constant car il est dû aux porteurs minoritaires issus de
l'agitation thermique.
Au delà d'un certain seuil, on constate que le
courant augmente de façon brutale.
L'augmentation du champ
E
confère aux électrons du courant de conduction une vitesse telle que leur énergie
cinétique atteint une valeur suffisante pour, qu'en cas de choc, avec un atome
rencontré sur leur trajectoire, elle arrache un électron de celui-ci créant
ainsi une augmentation d'électrons libres. Ces électrons s'ajoutent aux
premiers et l'effet devient cumulatif.
Ce phénomène prend le nom d'effet d'avalanche.
Il est utilisé pour certains dispositifs comme les diodes zener.
Dans une jonction qui n'est pas réalisée pour
cet effet, celui-ci entraîne la destruction irrémédiable de la jonction par claquage.
La tension qui crée le champ électrique
E
pour lequel le phénomène se produit prend le nom de :
- tension de claquage
inverse ou tension d'avalanche.
En deçà de cette tension, si on augmente la
température, à tension constante, l'agitation thermique augmente et le courant
des porteurs minoritaires fait de même. Donc le courant inverse augmente. C'est
un fait important dont il faudra se souvenir. Nous en reparlerons par la suite
dans les paragraphes consacrés à la diode et au transistor.
La tension de claquage est appelée : VRM
(R = reverse = inverse ; M = maximum)
- Le courant de conduction dû aux porteurs
minoritaires, la jonction étant polarisée en inverse, est appelé : IR
(R = reverse = inverse).
1. 4. 3. - JONCTION POLARISÉE DANS LE SENS DIRECT (figure 3)
A une faible valeur de la tension correspond un
faible champ électrique E, dirigé en sens
inverse du champ e.
Ces deux champs s'opposent et le résultat est
une diminution de e.
Celui-ci étant à l'origine du courant de
conduction (porteurs minoritaires de la zone P),
nous constatons une diminution proportionnelle de ce courant. Par conséquent,
le courant de diffusion (porteurs majoritaires de la zone N)
va devenir prépondérant et un faible courant va circuler dans le circuit extérieur.
Le départ des électrons de la zone
N
tend à créer un déséquilibre de charge dans ce matériau immédiatement rétablit
par la pile, qui en injecte une quantité égale.
De même, l'arrivée de ces électrons dans la
zone P tend à créer un déséquilibre dans
ce matériau (de signe opposé au précédent), mais la polarité positive de la
pile appliquée de ce côté, aspire les charges négatives en excès, rétablissant
l'équilibre.
L'augmentation progressive de la tension, ne
conduit pas à une augmentation sensible du courant dans le circuit extérieur.
Cependant, lorsque l'on atteint un certain seuil,
dont la valeur reste faible malgré tout, on constate une brusque augmentation du courant.
Le champ électrique résultant, confère aux électrons
porteurs majoritaires de la zone N
(courant
de diffusion), une énergie suffisante pour qu'ils traversent en grand nombre,
la barrière de potentiel, dont la largeur est maintenant très réduite.
La pile compense le départ des électrons de la
zone N
et favorise l'arrivée de ceux-ci
dans la zone P.
La circulation du courant est bien établie et
pour une faible augmentation de la tension, on constate une grande augmentation du courant.
A cette valeur de champ électrique
E,
qui conditionne la nette augmentation de courant, correspond une tension que l'on nomme :
VD
ou VF- (F = forward = direct).
Le courant qui circule dans le circuit extérieur
et qui correspond à la polarisation dans le sens direct (ou passant) se nomme :
ID ou
IF
- (courant direct)
La température a peu d'influence sur ce courant ;
seule la tension de seuil est affectée, nous verrons de quelle manière en
observant les caractéristiques de la diode.
Maintenant que vous êtes familiarisé avec la
notion de jonction, il faut donner un ordre de grandeur aux valeurs physiques
dont il a été question. De plus, les principes décrits, concernant les différentes
conductions, sont schématisés afin d'en permettre une approche suffisante pour notre utilisation.
Il a été surtout question du silicium, car il
est désormais le matériau semi-conducteur le plus répandu (le principe reste
identique avec le germanium).
Il faut savoir que l'atome de germanium possède
un noyau constitué de 32 protons, de charge
électrique + e et de
neutron
(41) de charge électrique neutre.
L'atome, en général, étant électriquement
neutre, celui du germanium possède 32 protons
et a également 32 électrons de charge électrique
- e.
Ceux-ci gravitent sur 4 couches, ou orbites, autour du noyau.
Si l'on affecte à ces couches un numéro, la
plus proche du noyau étant la première, le nombre maximum d'électrons pouvant
graviter sur ces couches est donné par la formule :
N = 2 n2
Avec N =
nombre
d'électrons sur la couche n.
n =
numéro de la couche considérée.
Ainsi, le germanium possède : 2 électrons
sur la première couche, 8 sur la seconde, 18 sur la troisième et seulement 4
sur la quatrième (qui pourrait en accepter 32).
L'atome de silicium est constitué, quant à lui,
de :
14 protons de charge électrique + e
14 neutrons.
Autour de ce noyau, gravitent 14 électrons
de charge - e. Les deux premières couches
sont complètes, la troisième en contient 4 (alors qu'elle pourrait en accepter
18). Voir figure 1.
Ces deux atomes possèdent un même
nombre d'électrons sur la couche périphérique, mais le silicium a une couche de moins.
Il faut préciser que plus un électron
se trouve sur une couche éloignée du noyau, plus la force nécessaire pour
l'en arracher est faible (à température égale) ; ce qui se traduit par
une force mesurée en électron-volt (eV) de
l'ordre de 36 % plus faible pour le germanium que pour le silicium à la température de 27° C.
Dans la jonction polarisée en
inverse, le courant IR (dû aux porteurs
minoritaires de l'agitation thermique) sera plus important dans le cas du
germanium et, toute augmentation de la température, tendra à accroître ce
courant dans des proportions plus grandes que pour le silicium.
C'est une raison supplémentaire
pour le choix de ce matériau, car dans le cas de la diode (dont nous parlerons
plus loin), ce courant est en quelque sorte un défaut.
Il a aussi été question de dopage,
ou d'injection d'atomes "d'impureté".
Dans la conduction de type
P,
ces atomes sont trivalents, c'est-à-dire qu'ils possèdent 3 électrons sur
leur couche périphérique. Ces atomes sont ceux : du bore (B), du
gallium (Ga), de l'aluminium (Al) ou de l'indium (In).
Dans la conduction de type
N,
il s'agit d'atomes pentavalents (5 électrons sur la couche périphérique) qui
sont : le phosphore (P), l'arsenic (As) ou l'antimoine (Sb).
La proportion reste très faible et
de l'ordre de quelques atomes de ces corps pour des millions d'atomes de
silicium. Cette proportion peut-être variable comme nous le verrons plus tard afin de favoriser certains phénomènes.
D'autre part, nous avons considéré
ce matériau (le silicium) comme étant pur, ce qui, dans la réalité, n'est
pas le cas. Dans la fabrication des semi-conducteurs, on s'efforcera d'affiner
la matériau au mieux, afin qu'il ne contienne, comme impuretés, que celles qu'on lui injecte.
Nous avons parlé de largeur de la
barrière de potentiel, il faut savoir qu'elle est d'environ 1
micromètre appelé plus couramment micron (1
micron = 1 µm = 10-6 mètre), ce qui est déjà
beaucoup à l'échelle atomique. La distance entre deux atomes de silicium est
de l'ordre de 10-10
mètre (soit 1
Å
= 1 angström).
Il convient aussi de dire que si
l'agitation thermique favorise le départ des électrons de leurs orbites,
ceux-ci ne restent pas indéfiniment libres. Au cours de leur trajet, ils
rencontrent une place laissée libre, par le départ d'un précédent, donc
subissent une attraction car la charge électrique de cet atome est rompue
(c'est un cation donc chargé positivement) et il y a capture.
C'est ce que l'on appelle :
la durée de vie de l'électron libre avant sa recombinaison au sein d'un autre
atome (ou plutôt cation).
Il est bon de préciser qu'un atome
d'impureté pentavalent, injecté dans le silicium et entrant dans le maillage,
aura tendance à perdre plus facilement son cinquième électron, par agitation
thermique, car celui-ci n'entre pas dans le maillage.
Par contre, un atome de silicium
(ionisé positivement par agitation thermique) ou un atome d'impureté trivalent
faisant partie du maillage, attirera de façon plus sensible son électron manquant.
Il y aurait beaucoup à dire sur
tous ces phénomènes, mais ceux-ci font l'objet d'études très poussées de la
part de spécialistes et dépassent largement le cadre de cette première leçon.
La figure 4 indique les symboles des
différentes jonctions que l'on peut rencontrer dans les dispositifs semi-conducteurs.
Théorie des semi-conducteurs
les matériaux isolants, non conducteurs de l'électricité
- atome pentavalent d'impureté, injecté dans le
silicium. Avec l'agitation, celui-ci devient :
- un électron libre.
- un cation entrant dans le maillage. Sur les
dessins, pour plus de clarté, seuls les électrons libres et les cations seront
représentés.
- atome trivalent d'impureté, injecté dans le
silicium. Avec l'agitation thermique, il capte l'électron manquant pour entrer
dans le maillage et devient :
- anion entrant dans le maillage
- atome de silicium du maillage ayant perdu un électron
par agitation thermique
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