Cours 01 février 2013
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Matériaux à l'état solide Les matériaux à l'état solide sont classés en trois groupes suivant la conductivité électrique Exemple : Argent (σ = 106 S/cm) Silicium (σ = de 10-5 S/cm à 103 S/cm) Diamant (σ = 10-14 S/cm) Matériaux à l'état solide L'écart (gap) entre la bande de valence et la bande de conduction détermine la conductivité du matériau Tableau périodique des éléments Semi-conducteurs les plus utilisés en micro-électronique Arséniure de gallium (GaAs) Silicium (Si) Carbure de silicium (SiC) Cristal de Silicium à 0°K Le silicium à 0°K est un isolant car il n'existe pas d'électrons libres Cristal de Silicium à 25°C Les liens brisés par agitation thermique donnent lieu à des trous et des électrons libres. La conductivité est relativement faible. Dopage des semiconducteurs Semiconducteur intrinsèque Semiconducteur dopé Semiconducteur pur Semiconducteur + impureté Le dopage des semiconducteurs a pour but d'augmenter leur conductivité. Dopage des semiconducteurs Phosphore Impureté pentavalente Arsenic Impureté trivalente Bore Semi-conducteur type N Les 5e électrons des atomes donneurs deviennent des électrons libres. Semi-conducteur type P Les atomes accepteurs créent des trous. Mécanisme de conduction dans un semiconducteur Les électrons libres et les trous dans un semiconducteur dopé (type N et type P) sont des porteurs de charge. Leur déplacement crée un courant électrique. Deux mécanismes de conduction dans un semiconducteur Dérive Les porteurs de charge se déplacent sous l'effet d'un champ électrique Diffusion Les porteurs de charge se déplacent à cause d'une concentration nonuniforme Courant de dérive Un champ électrique E est appliqué Vitesse de dérive Densité de courant de dérive Conductivité Résistivité (Ω.cm) Courant de diffusion (trous) Injection de trous Profil de diffusion Densité de courant de trous Courant de diffusion (électrons) Injection d'électrons Profil de diffusion Densité de courant d'électrons Relation entre D et µ Jonction PN Structure simplifiée Structure réelle Jonction PN en circuit ouvert ID = courant de diffusion IS = courant de dérive Équilibre : ID = IS La tension de barrière Vo est créée par des porteurs de charges emmagasinés dans la zone de déplétion Jonction PN sous tension Jonction PN sous tension (polarisation INVERSE) Tension de barrière effective = (V0 + VR) Courant de diffusion ID ≈ 0 Courant total I = IS (courant de dérive ou courant de saturation) Jonction PN sous tension (polarisation DIRECTE) Tension de barrière effective = (V0 - VF) Courant de diffusion ID >> Courant de dérive IS Courant total I = ID - IS Jonction PN (caractéristique I-V) Jonction PN (claquage en inverse)
