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IV. La jonction. Jonction PN. Diodes et transistors
1. Jonction PN. Diode
Soit 2 « portions » de Si dopées P et dopées N. Si ces 2 portions sont «jointes » (+ qu’un contact)
Il y a diffusion des h+ (très concentrés à gauche) vers la droite
et diffusion des e- (très concentrés à droite) vers la gauche
Mais les atomes, eux, sont fixes
se créent des zones chargées – et +
Zone de « charge d’espace ZCE », de largeur W0 . Il se crée donc un champ électrique de + vers -
La jonction PN en court-circuit :
On peut noter que les 2 niveaux de Fermi s’égalisent. C’est une loi générale
On établira les relations entre DE, VF, n et p en TD
La jonction PN en court-circuit :
D’abord : la présence d’un
champ implique une
différence de potentiel,
nommée VF, donc une
barrière d’énergie qVF
Il y a alors 2 phénomènes :
1- Un courant dû aux
porteurs majoritaires
IM (les e- d’énergie > Ec
sautent, ainsi que les h+
d’énergie < Ev)
2- Un courant dû aux
porteurs minoritaires
entraînés par le champ
électrique
Im
Ces 2 courants se
compensent. A l’équilibre,
It =IM + Im = 0
IM = I0 exp (-
VF
) avec UT = kT/e
UT
Courant dû aux porteurs minoritaires entraînés par le champ E
La jonction PN en polarisation inverse :
Cela revient à imposer un potentiel (Vinv) + à droite, et – à gauche (et donc un champ Einv)
Dans ces conditions,
on a déjà vu que
l’énergie à droite va
descendre de eVinv
On voit tout de suite
qu’on défavorise le
courant des porteurs
majoritaires : IM = 0
Par contre, on
favorise le courant de
dérive, puisque
E = E0 + Einv.
Mais I est très faible,
car la concentration
des porteurs
minoritaires est limitée
par leur arrivée par
génération thermique.
Im+IS = 0 (limité par IS)
IS =
AT3
e(VФ+Vinv)
e(VФ+Vinv)
Eg
exp () (IS prop. à ni2)
kT
Courant inverse de
saturation
La jonction PN en polarisation directe :
Cela revient à imposer un potentiel (Vdirect) - à droite, et + à gauche (et donc un champ Edirect)
Cette fois-ci, l’action
du champ renforce la
polarisation interne.
La barrière de
potentiel est bcp. +
basse. De nbx.
porteurs majoritaires
passent dans « le
camp adverse ».
Dans ce cas, ils se
recombinent
immédiatement. Cette
recombinaison
consomme les
porteurs.
e(VФ-Vdirect)
e(VФ-Vdirect)
Il y a alors diffusion,
pour compenser cette
consommation.
Id = IS exp (
Vdirect
) - 1 avec UT = kT/e
UT
Is est constant. Ce qui augmente le courant : la recombinaison
Id
Courant direct
passant
Application : le modèle électrique de la diode