Composants `a semi conducteurs : Diodes

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Electronique 1
Composants `a semi conducteurs : Diodes
1 Notation complexe
Les composants actifs sont des dispositifs `a semi-conducteurs (sur silicium).
Plusieurs approches :
–Physique du composant
–´ Etude analytique (`a partir des ´equations)
–Par la manipulation
2 Jonction PN
La jonction PN est la base des composants `a jonction (diodes et transistors)
2.1 D´efinition
: ions fixes dans un trou
: ions fixes avec ´electron libre
: ´electron libre
: trou
Is=I0e−V0
KT
K= 1,38.10−23J.K−1
T: Temp´erature en˚K
q: Charge ´el´ementaire
Mat´eriau(silicium) dop´e P (trous majoritaires) et dop´e N (´electrons majoritaires)
Il apparaˆıt un champ ´electrique entre la zone P et la zone N. Il existe une tension V0aux bornes de la
jonction.
V0est dite barri`ere de potentiel : 0,6 `a 0,7V. deux courants s’opposent `a l’´etat stable.
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IS=I0e
−q
kT V0
UT=kT
q
UTest la tension thermodynamique
IS=I0e
−V0
UT
2.2 Jonction polaris´ee en direct
ID=IS(eqV
KT −1)
ID≈ISeqV
KT
dQs
dt +Qs τ=ID
On ´el`eve la tension du cˆot´e P. La diff´erence de potentiel aux bornes du bareau devient V0−V.
⇒Un courant apparaˆıt
I=I0e−V0−V
UT=I0e−Ve UTeV UT=ISeV UT
Le courant dˆu aux porteurs minoritaires existe toujours
⇒Id=I−Is
Id=IseV
UT
−1
Id: courant dans la jonction en direct.
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Equation diff´erentielle : dQs
dt +Qs τ=ID
Qs: charges stock´ees dans la jonction
τ: dur´ee de vie des porteurs
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2.3 Jonction polaris´ee en inverse
Ii=IS(1 + e−qV
KT )
Ii≈IS
Q=s2εqS2
1
NA+1 NDpV0+V
NA: Concentration des atomes accepteurs
ND: Concentration des atomes donneurs
On abaisse le porteur P.
Il existe un courant inverse I≈Is
3 Diode `a jonction
3.1 Structure d’une diode
Diode en court-circuit :
Diode = Jonction PN avec des ´electrodes (connectique)
⇒Il apparaˆıt 2 barri`eres de potentiel suppl´ementaires li´ees au m´etal.
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Diode polaris´ee en direct :
V0=V0−V
n
ID=IS(eqV
nKT −1) ≈ISeqV nKT
Diode polaris´ee en inverse :
Ii=IS(1 −e−qV
nKT )Ii≈IS
Pour une diode en direct, l’´equation est la mˆeme :
ID=IS(eV
nUT−1)
nd´epend du mat´eriau utilis´e.
Cas pratique :
16n62, UT=kT
q= 26mV
3.2 Caract´eristique d’une diode
A: anode dop´ee P
K: cathode dop´ee N
Vdest la tension de coude
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Le courant inverse I≈IS≈10−12 A = 1 pA.
En pratique on mesure Ii≈1 nA ⇒li´e aux fuites.
Il existe un tension d’avalanche VA(VA≈200 V).
La courbe est tr`es raide ⇒Icroˆıt tr`es rapidement ⇒destruction du composant
3.3 Comportement de la temp´erature (de la jonction)
Le courant de saturation Iset V0sont sensibles aux variations de temp´erature.
⇒On peut faire l’´etude en regardant dIs
dθ `a V0constant, et dV0 dθ `a Isconstant.
Remarque
Si V0varie avec θ, on obtient un capteur de temp´erature.
3.4 Tableau comparatif en fonction du mat´eriau
3.5 Mod`eles de diode
Pour faire l’´etude de montage ´electronique, on fait un sch´ema ´equivalent de la diode.
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