ELECTRONIQUE 01 : ETUDE DES COMPOSANTS ELECTRONIQUES.
Mazoughou Goépogu
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II. THEORIE DES SEMICONDUCTEURS.
II.1. Structure de la matière.
Avertissement.
Ce paragraphe a pour seul but de permettre la compréhension des principaux phénomènes
de conduction qui se produisent dans les semi-conducteurs, afin de pouvoir interpréter leur
comportement. Il ne sera donc ni exhaustif, ni rigoureux. Cet exposé sera donc plus proche de
la vulgarisation que du cours académique, mais compte tenu du but recherché, il sera
largement suffisant pour comprendre les phénomènes sans rentrer dans les détails fort
compliqués de la théorie de la conduction.
A noter que des connaissances approfondies en cristallographie ne sont indispensables que
pour l'électronicien désireux de se spécialiser en micro-électronique (conception de circuits
intégrés). On peut donc parfaitement s'en passer si on se contente d'assembler des composants
discrets.
Tout le secret de l'électricité réside dans la capacité de la matière à laisser circuler plus ou
moins bien des charges électriques en son sein sous l'influence d'un champ électrique externe.
Les composants électroniques obéissent aux lois générales de l'électricité. La différence avec
les composants électriques traditionnels se situe dans le matériau conducteur utilisé, qui va
autoriser un meilleur contrôle de la conduction électrique, et donc des fonctionnalités
nouvelles. L'électronique va alors se distinguer de l'électricité par des composants dont on
pourra moduler la conduction à l'aide de signaux électriques, chose impossible avec les
composants simples de l'électricité. Il est par conséquent utile de rappeler en introduction que
tout ce qu'on voit en électronique est totalement dépendant de la physique des solides, et qu'un
aperçu de cette dernière est indispensable pour comprendre le fonctionnement des composants
électriques et électroniques.
II.1.1. Description simplifiée de la structure des atomes.
Les atomes sont des particules de base constituées d'un noyau autour duquel gravitent des
électrons. Le noyau est composé de protons, particules élémentaires chargées électriquement à
la valeur +e, et de neutrons, sans charge. Les électrons sont des particules chargées
électriquement à la valeur -e. Ils tournent autour du noyau sur des orbites définies et ont une
masse négligeable vis à vis des neutrons et protons (qui ont eux environ la même masse). La
charge électrique élémentaire vaut e = 1,6.10-19C.
Les orbites des électrons ont des dimensions très grandes vis à vis de celle du noyau, et
l'ensemble de l'atome est électriquement neutre, car il comprend autant de protons que
d'électrons. Les électrons se répartissent sur des orbites différentes qui forment des couches.
Les couches sont remplies par les électrons dans un ordre bien déterminé. Dans la mesure du
possible, ceux-ci s'assemblent par paires. Quand ce n'est pas possible, ils restent célibataires.
Quand l'atome possède plusieurs couches d'électrons, les couches profondes contiennent un
nombre d'électrons indépendant de l'atome considéré. C'est la couche périphérique qui fait la
différence.