1.2 - INFP

DIODES
CHAPITRE 1
1
Chapitre DIODES
Parmi les composants de l’électronique, la diode est certainement l’un des plus utilisés dans les
circuits de toutes sortes concernant les multiples champs de l’électronique. On la retrouve, entre
autres, dans les circuits de redressement, de régulation ainsi que dans les circuits limiteurs, écrêteurs et multiplicateurs de tension.
Le développement de la technologie moderne dans le domaine des semi-conducteurs a permis de
remplacer sur le marché l’utilisation des diodes à vide et des diodes à gaz. Même si elles sont encore
présentes dans certains vieux équipements fonctionnels, il n’en sera pas question dans ce chapitre,
ce dernier étant exclusivement consacré à la technologie des matériaux semi-conducteurs.
En plus de vous familiariser avec la constitution physique des matériaux semi-conducteurs, vous
observerez le comportement des principales diodes conventionnelles dans l’application de
différents circuits électroniques. L’étude de la diode électroluminescente fera l’objet du chapitre
consacré aux composants optoélectroniques.
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1.1 MATÉRIAUX SEMI-CONDUCTEURS
Comme leur nom l’indique, les composants à semi-conducteurs sont construits à l’aide de
matériaux dits semi-conducteurs. Ils ne font partie ni de la catégorie des conducteurs, comme le
cuivre ou l’aluminium, ni de la catégorie des isolants tels que le caoutchouc ou la porcelaine. En
somme, les semi-conducteurs sont des matériaux qui appartiennent à une catégorie
intermédiaire : ils peuvent être considérés soit comme des conducteurs, soit comme des isolants,
selon les conditions auxquelles ils sont soumis.
Les matériaux semi-conducteurs les plus importants sont des éléments tels que le germanium
(Ge) et le silicium (Si), ainsi que le composé appelé arséniure de gallium (GaAs). Leur utilisation
dans la fabrication des diodes conventionnelles, des transistors et des circuits intégrés a révolutionné les champs d’application de l’électronique moderne.
CONSTITUTION ATOMIQUE
Pour apprécier pleinement le comportement des matériaux semi-conducteurs, il est nécessaire de
passer en revue quelques éléments de physique élémentaire.
Atome
L’atome est la plus petite particule d’un élément qui peut se combiner pour former une molécule.
Détruire l’atome, c’est détruire l’élément. Tous les atomes d’un même élément sont identiques.
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1.1
CHAPITRE 1
DIODES
Constituants de l’atome
L’atome comporte deux zones. Au centre, le Figure 1.1 Représentation tridimensionnelle de l’atome
noyau constitue un assemblage extrêmement
compact de protons et de neutrons. Il renferme
pratiquement toute la masse de l’atome. Autour
du noyau se trouve une région beaucoup plus
grande formée d’un nuage d’électrons
(figure 1.1).
L’électron est une très petite particule (on peut
l’assimiler à une sphère de 10–13 cm de diamètre) qui porte la charge élémentaire d’électricité
négative –e et a pour masse m.
m = 9,076086957–31 kilogrammes
e = 1,6–19 coulomb
Le proton est une particule de masse m environ 1 840 fois supérieure à celle de l’électron, et qui
porte une charge électrique e de même valeur mais positive (m = 1,67–27 kilogramme).
Le neutron est une particule de masse égale à celle du proton mais dépourvue de charge électrique
(possède la même masse que le proton).
Tous les corps sont formés à partir d’atomes. C’est par la quantité et la disposition de leurs atomes
que les corps se distinguent les uns des autres.
Électriquement, un atome, dans son état normal, est neutre, c’est-à-dire qu’il contient autant de
charges positives (+e) que de charges négatives (–e). En d’autres mots, le nombre de protons du
noyau est égal au nombre d’électrons qui gravitent autour. Ce nombre, noté Z, s’appelle le nombre atomique de l’atome considéré et il indique le nombre de protons contenus dans le noyau. Le
nombre total des protons et des neutrons du noyau, noté A, s’appelle le nombre de masse de
l’atome. Finalement, dans un atome de nombre de masse A et de nombre atomique Z, on a : +Z
protons, –Z électrons, et A – Z neutrons.
Voici quelques exemples.
Hydrogène : A = 1, Z = 1
Le noyau ne comporte qu’un proton, autour duquel gravite un unique électron (il n’y a pas de
neutron).
Silicium : A = 28, Z = 14
Le noyau renferme donc 14 protons, 14 neutrons et est entouré d’un nuage de 14 électrons.
Germanium : A = 73, Z = 32
Le noyau renferme donc 32 protons, 41 neutrons et est entouré d’un nuage de 32 électrons.
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