2. LES DIODES

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2. LES DIODES
2.1. INTRODUCTION
Pour pouvoir comprendre comment les diodes fonctionnent, il est important, de s’occuper des
caractéristiques du matériel semi-conducteur dopé. Ce savoir sert à comprendre le fonctionnement du
transistor dont on parlera plus tard.
2.2. MONTAGE D’UNE DIODE
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But de ce chapitre:
 Comprendre le montage d’une diode.
 Comprendre le fonctionnement d’une diode.
 Savoir interpréter les caractéristiques des diodes.
 Comprendre les caractéristiques des diodes.
 Comprendre de simples circuits avec des diodes.
Mots clé:
Dopage N ou P, jonction PN, diode, caractéristiques de diodes, tension de seuil, redresseur.
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2.2.1. LA JONCTION PN.
Si on met des zones N et P en contact, une jonction PN est crée. Comme les concentrations de porteurs
de charge des électrons n et des trous p diffèrent dans les deux zones, la diffusion apparaît et essaie
d’égaliser les concentrations différentes de porteurs de charges. Un transfert de porteurs de charge a lieu
et un potentiel électrique s’établie entre les deux zones N et P.
Symbol
charges positives
dominent
P N
électriquement
neutre électriquement neutre
charges negatives
dominent
P N
A K

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Dans la zone P on a:
pp > np
où p = concentration de trous
n = concentration d’électrons.
l’indice p indique zone P.
Pour la zone N on a:
nn > pn
où n = concentration d’électrons
p = concentration de trous
l’indice n indique la zone N.
Dans ces deux zones le produit nxp est une fonction uniquement de la température.
ni2 = n p = f(T)
ni = densité d’inversion qui détermine la conductance intrinsèque du semi-conducteur. Pour Si on a
ni =1,5 1010 @ 300K.
Exemple:
Silicium pur possède 1,5 1010 porteurs de charge par cm3, c.a.d. ni =1,5 1010 pour 300K.
Par dopage avec du matériel à 5-valences, avec par ex. 1,5 1014 atomes/cm3, du silicium du type N est
crée avec nn = 1,5 1014 électrons/cm3.
10
n105,1n  (silicium pur) +1,5 1014 (du matériel à 5-valence) = 1,5 1014 électrons/ cm3.
et alors
6
14
2
10
n
2
i
n105,1
105,1 105,1
n
n
p  trous/cm3.
La concentration de porteurs de charge après le dopage est alors:

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nn > np et pp> pn.
La concentration d’électrons n dans la zone N est supérieure à celle dans la zone P, et la concentration
des trous p dans la zone P est supérieure à celle dans la zone N.
Par diffusion les porteurs de charge se déplacent
les électrons de la zone N dans la zone P, qui n’est maintenant plus neutre, mais
chargée négativement.
les trous se ‘déplacent’ de la zone P dans la zone N, qui n’est maintenant plus neutre,
mais chargée positivement.
2.2.2. LA JONCTION PN SANS TENSION APPLIQUÉE.
Le processus décrit ci dessus a pour conséquence une différence de potentiel entre la zone N et P, la
tension de diffusion, qui se laisse exprimer comme suit:
n
p
T
p
n
Tdiff p
p
lnU
n
n
lnUu 
avec e
kT
UT , où k est la constante de Boltzmann (1,38 10-23 Ws/K) et
e la charge électrique fondamentale 1.602 10-19 Cb.
Un exemple pour Udiff
nn = 1,5 1014/cm3
np = 1,5 106/cm3
Udiff = 0,025 ln108 = 0.46V (T=300K).
Remarque: Cette tension ne se laisse pas mesurer par un instrument de mesure externe

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2.2.3. LA JONCTION PN AVEC TENSION APPLIQUÉE AU SENS INVERSE
Si on applique une tension externe entre les deux zones au sens inverse, les porteurs de charge
majoritaires sont retirés des deux zones, et il reste une zone très mince où il n'y a pas de porteurs de
charge, une zone isolante pour ainsi dire.
UAK < 0V = UR
(Tension mesurée à l’anode par rapport à la
cathode)
Malgré tout il y a toujours quelques porteurs de charge qui contribuent à un courant résiduel faible IR.
Circuit de mesure: Courant résiduel IR en fonction de UR
I
U
R
UB
-
+
UR
IR
Le courant résiduel dépend fortement de la température.
P N
- +
IRmax
IR = f(UR)
anode cathode

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Si la tension appliquée UR dépasse une certaine valeur, il y a un effet d'avalanche qui apparaît et le courant
IR augmente énormément. Ce phénomène est aussi appelé effet de Zener (Zener 1934). Si ce courant
n'est pas limité par des moyens correspondant l'élément est détruit.
2.2.4. LA JONCTION PN AVEC TENSION APPLIQUÉE AU SENS DIRECT
Si on applique une tension externe UAK > 0V = UF entre les deux zones au sens directe, les porteurs de
charge majoritaires sont transportés par la jonction et un courant ID = IF s'établit.
0167m 333m 500m 667m 833m 1
0
7m
14m
21m
28m
35m
42m
Xa: 700.0m Xb: 0.000
Yc: 42.00m Yd: 0.000 a-b: 700.0m c-d: 42.00m
Ref=Ground X=167m/Div Y=current
d
c
b a
A
Sim
Le courant IF (IF, F=Forward) dépend exponentiellement de la tension UF comme la figure ci-dessus le
montre (courbe verte). Si on rallonge la ligne jusqu'à l'axe x on obtient la valeur de la tension de US. Le
courant IF au sens direct diffère de zéro pour des valeurs de UF > US.
U
I
+
-
R
UB
IF
US UF (UAK > 0)