Caractéristiques des Semi-conducteurs

Un matériau avec une conductivité électrique entre les métaux et les isolants.

Un atome de semi-conducteur avec tous ses électrons liés à la structure cristalline.

Un semi-conducteur avec des atomes d'impuretés ajoutés pour modifier sa conductivité.

Un semi-conducteur avec des atomes d'impuretés qui ajoutent des électrons libres, augmentant ainsi sa conductivité.

Un semi-conducteur avec des atomes d'impuretés qui créent des 'trous' dans la structure, augmentant ainsi la conductivité.

Une zone de contact entre un semi-conducteur de type N et un semi-conducteur de type P.

Un composant électronique qui utilise une jonction PN pour contrôler le flux de courant.

Une diode spécialement conçue pour fonctionner en dérive inverse, elle laisse passer le courant une fois une certaine tension est atteinte.

Chaque atome de silicium ou de germanium est lié à 4 voisins par une liaison covalente, formant une structure très stable avec 8 électrons autour de chaque noyau.

Les électrons de la couche externe (valence) possèdent de l'énergie, formant la bande de valence (BV). Lorsqu'un électron est arraché de son orbite par l'agitation thermique, il gagne de l'énergie et se trouve dans la bande de conduction (BC).

La bande de conduction (BC) et la bande de valence (BV) sont séparées par une bande interdite (BI).

Pour franchir la bande interdite, un électron doit acquérir de l'énergie. Les isolants ont une bande interdite quasi infranchissable, les conducteurs n'en ont pas, et les semi-conducteurs ont une bande interdite étroite.

La transition d'un électron de la BV à la BC crée un électron libre dans la BC et un trou dans la BV, car un état devient non occupé.

Dans un semi-conducteur intrinsèque, les électrons et les trous apparaissent et disparaissent toujours en paires, ce qui signifie qu'ils existent en quantités égales.

L'énergie minimale nécessaire pour briser les liaisons entre les atomes dans un semi-conducteur et créer des électrons libres.

La conduction électrique dans un matériau semi-conducteur peut se faire par le mouvement d'électrons libres dans la bande de conduction (BC) ou par le mouvement de trous dans la bande de valence (BV).

La concentration intrinsèque des porteurs (ni) est la concentration des électrons libres et des trous dans un semi-conducteur intrinsèque à l'équilibre thermodynamique. Elle est définie par l'équation ni = A0T^(3/2) * exp(-Eg / (2*KBT)).

L'augmentation de la conductivité dans un semi-conducteur en ajoutant des impuretés spécifiques pour créer une plus grande quantité de porteurs de charge libres.

Les éléments du groupe V (Sb, As, P) ayant 5 électrons de valence sont utilisés pour le dopage de type N. En ajoutant un atome de ces éléments, un électron supplémentaire est disponible pour la conduction.

Les éléments du groupe III (Al, B, Ga) ayant 3 électrons de valence sont utilisés pour le dopage de type P. En ajoutant un atome de ces éléments, une lacune ou un trou est créé dans la structure du cristal, augmentant la conductivité.

Un dispositif électronique composé d'un matériau semi-conducteur (silicium ou germanium) qui permet le passage du courant électrique dans un seul sens.

La diode est connectée de manière à ce que le courant circule de l'anode vers la cathode.

La diode est connectée de manière à ce que le courant ne puisse pas circuler.

La diode est bloquée et le courant est pratiquement nul.

La diode est conductrice et laisse passer le courant.

Le processus de transformation d'une tension bidirectionnelle (alternative) en une tension unidirectionnelle.

Le redressement qui utilise la diode pour convertir une seule demi-onde du signal alternatif en courant continu.

Diagramme qui montre la relation entre la tension appliquée à la diode et le courant qui la traverse.

Pendant l’alternance positive de la tension u ( u > 0 ), la diode D est polarisée en direct, donc elle est passante (i > 0) et la tension aux bornes de la diode est nulle (ud = 0). La tension aux bornes de la résistance est alors égale à la tension d'entrée (uR = u - ud = u).

Pendant l’alternance négative de la tension u ( u < 0 ), la diode D est polarisée en inverse, donc elle est bloquée (i = 0) et la tension aux bornes de la diode est négative (ud < 0). La tension aux bornes de la résistance est alors nulle (uR = 0).

Le redressement simple alternance permet de ne conserver que les alternances positives d'un signal alternatif. On obtient cela en utilisant une diode qui bloque les alternances négatives.

Un transformateur à point milieu fournit deux tensions alternatives en opposition de phase. Ce dispositif est utilisé pour le redressement double alternance.

Le redressement double alternance permet de redresser un signal alternatif en produisant une tension continue. Il utilise deux diodes qui conduisent alternativement pendant les alternances positives et négatives.

Le pont de Graëtz est un circuit utilisant quatre diodes pour réaliser un redressement double alternance sans avoir besoin d'un transformateur à point milieu.

Pendant l’alternance positive de u(t) : v1 est positive, D1 conduit donc uR = v1 = U/2 et v2 est négative, D2 bloquée.

Pendant l’alternance négative de u(t) : v2 est positive, D2 conduit donc uR = v2 = -U/2 et v1 est négative, D1 bloquée.

Le courant de saturation est le courant qui circule dans une jonction PN à l'équilibre (sans tension appliquée). Il est causé par le mouvement des porteurs minoritaires (électrons dans le type P et trous dans le type N) qui traversent la jonction.

La barrière de potentiel est une zone dépourvue de porteurs majoritaires, créée par la diffusion des porteurs majoritaires (électrons dans le type N et trous dans le type P) près de la jonction. Cette barrière de potentiel s'oppose à la circulation des porteurs majoritaires.

En régime permanent, les courants dus à la diffusion des porteurs majoritaires et à la conduction des porteurs minoritaires s'équilibrent, résultant en un courant nul dans la jonction PN.

La polarisation en direct de la jonction PN consiste à appliquer une tension positive à la zone P et négative à la zone N. Cette tension permet de réduire la barrière de potentiel, favorisant la circulation du courant en direct.

La polarisation en inverse de la jonction PN consiste à appliquer une tension négative à la zone P et positive à la zone N. Cette tension augmente la barrière de potentiel, bloquant la circulation du courant en inverse.

La diode est un élément non-linéaire, car la relation entre le courant et la tension n'est pas linéaire. Dans le sens direct, le courant augmente exponentiellement avec la tension. En inverse, le courant est très faible jusqu'à la tension de claquage.

Si la tension appliquée à la diode dépasse la tension de claquage, le courant augmente brusquement en inverse, menaçant la diode de destruction. Les diodes Zener sont conçues pour fonctionner en dérive inverse et profiter de ce phénomène.