Semi-conducteur intrinsèque - Intrinsic semiconductor
Un semi - conducteur intrinsèque (pur) , également appelé semi - conducteur non dopé ou semi -conducteur de type i , est un semi-conducteur pur sans aucune espèce dopante significative présente. Le nombre de porteurs de charge est donc déterminé par les propriétés du matériau lui-même au lieu de la quantité d'impuretés. Dans les semi-conducteurs intrinsèques, le nombre d' électrons excités et le nombre de trous sont égaux : n = p. Cela peut être le cas même après dopage du semi-conducteur, mais seulement s'il est dopé à la fois avec les donneurs et les accepteurs de manière égale. Dans ce cas, n = p tient toujours, et le semi-conducteur reste intrinsèque, bien que dopé.
La conductivité électrique des semi-conducteurs intrinsèques peut être due à des défauts cristallographiques ou à une excitation électronique . Dans un semi-conducteur intrinsèque, le nombre d' électrons dans la bande de conduction est égal au nombre de trous dans la bande de valence . Un exemple est Hg
0,8CD
0,2Te à température ambiante.
Un semi-conducteur intrinsèque à bande interdite indirecte est un semi-conducteur dans lequel l'énergie maximale de la bande de valence se produit à un k différent ( vecteur d'onde k-espace ) que l'énergie minimale de la bande de conduction. Les exemples incluent le silicium et le germanium . Un semi-conducteur intrinsèque à bande interdite directe est un semi-conducteur où l'énergie maximale de la bande de valence se produit en même temps que l'énergie minimale de la bande de conduction. Les exemples incluent l'arséniure de gallium .
Un cristal de silicium est différent d'un isolant car à toute température au-dessus du zéro absolu, il existe une probabilité non nulle qu'un électron dans le réseau se détache de sa position, laissant derrière lui un déficit en électrons appelé "trou". Si une tension est appliquée, l'électron et le trou peuvent tous deux contribuer à un faible flux de courant.
La conductivité d'un semi-conducteur peut être modélisée en termes de théorie des bandes des solides. Le modèle de bande d'un semi-conducteur suggère qu'à des températures ordinaires, il existe une possibilité limitée que les électrons puissent atteindre la bande de conduction et contribuer à la conduction électrique.
Le terme intrinsèque distingue ici les propriétés du silicium « intrinsèque » pur et les propriétés radicalement différentes des semi-conducteurs dopés de type n ou de type p.
Électrons et trous
Dans un semi-conducteur intrinsèque tel que le silicium à des températures supérieures au zéro absolu , il y aura des électrons qui seront excités à travers la bande interdite dans la bande de conduction et qui peuvent supporter le flux de charge. Lorsque l'électron dans le silicium pur traverse l'espace, il laisse derrière lui une lacune ou un "trou" d'électrons dans le réseau de silicium régulier. Sous l'influence d'une tension externe, l'électron et le trou peuvent se déplacer à travers le matériau. Dans un semi-conducteur de type n , le dopant apporte des électrons supplémentaires, augmentant considérablement la conductivité. Dans un semi-conducteur de type p , le dopant produit des lacunes ou des trous supplémentaires, qui augmentent également la conductivité. C'est cependant le comportement de la jonction pn qui est la clé de l'énorme variété de dispositifs électroniques à semi-conducteurs.
Courant de semi-conducteur
Le courant qui circulera dans un semi-conducteur intrinsèque se compose à la fois de courant d'électrons et de trous. C'est-à-dire que les électrons qui ont été libérés de leurs positions de réseau dans la bande de conduction peuvent se déplacer à travers le matériau. De plus, d'autres électrons peuvent sauter entre les positions du réseau pour combler les lacunes laissées par les électrons libérés. Ce mécanisme supplémentaire est appelé conduction des trous car c'est comme si les trous migraient à travers le matériau dans la direction opposée au mouvement des électrons libres. Le flux de courant dans un semi-conducteur intrinsèque est influencé par la densité d'états énergétiques qui à son tour influence la densité électronique dans la bande de conduction. Ce courant est fortement dépendant de la température.
Les références
- Sze, Simon M. (1981). Physique des dispositifs semi-conducteurs (2e éd.) . John Wiley et fils (WIE). ISBN 0-471-05661-8.
- Kittel, Ch. (2004). Introduction à la physique du solide . John Wiley et fils. ISBN 0-471-41526-X.