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Les Semi-conducteurs et le Gallium Arsenide

Semi-conducteurs : Une Vue Générale

Les semi-conducteurs, matériaux inorganiques ou organiques, jouent un rôle crucial dans le contrôle de la conduction électrique. Leur conductivité se situe entre celle d’un métal, comme le cuivre ou l’or, et celle d’un isolant tel que le verre. Cette caractéristique est due à un écart d’énergie inférieur à 4eV (environ 1eV) connu sous le nom de bande interdite ou gap énergétique. Dans la physique de l’état solide, cet écart représente une gamme d’énergie entre la bande de valence et la bande de conduction où les états électroniques sont interdits. Contrairement aux conducteurs, les électrons des semi-conducteurs nécessitent une énergie supplémentaire (comme celle de la radiation ionisante) pour franchir cette bande interdite et atteindre la bande de conduction.

Gallium Arsenide : Un Matériau de Choix

Le gallium arsenide (GaAs) est un matériau semi-conducteur utilisé dans diverses applications électroniques. Comparé au silicium, le GaAs présente de nombreux avantages tels qu’une mobilité électronique supérieure, de plus hautes fréquences de fonctionnement, et une meilleure résistance aux dommages causés par les radiations. Sa structure cristalline est similaire à celle du silicium, mais les liaisons entre les atomes sont plus fortes, ce qui le rend plus durable. De plus, étant un matériau à bande interdite directe, il convertit efficacement l’énergie électrique en énergie lumineuse, ce qui le rend idéal pour des dispositifs optoélectroniques tels que les LED et les diodes laser.

Le GaAs est couramment utilisé dans les dispositifs électroniques à grande vitesse, tels que les transistors à micro-ondes et les circuits intégrés à haute fréquence, grâce à sa haute mobilité électronique. Il est également utilisé dans les cellules solaires et d’autres dispositifs photovoltaïques en raison de son fort coefficient d’absorption, permettant une conversion efficace de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Sa grande dureté aux radiations le rend également adapté pour l’espace et d’autres environnements à haute radiation. Cependant, son coût élevé par rapport au silicium limite son utilisation dans de nombreuses applications électroniques grand public, bien qu’il reste un matériau semi-conducteur important dans de nombreuses applications spécialisées.

Types de Semi-conducteurs

Il existe deux types principaux de semi-conducteurs basés sur leurs propriétés électroniques :

• Semi-conducteurs Intrinsèques : Ce sont des semi-conducteurs purs, constitués d’un seul élément (par exemple, le Silicium, le Germanium) et sans dopage intentionnel. Ils conduisent l’électricité sous l’effet de la chaleur lorsque certains électrons acquièrent suffisamment d’énergie pour se libérer de leurs liens et devenir des électrons libres dans la bande de conduction.
• Semi-conducteurs Extrinsèques : Ces semi-conducteurs sont intentionnellement dopés avec des impuretés pour modifier leurs propriétés électroniques. Ils peuvent être de type p (avec des atomes d’impureté comme le bore) ou de type n (avec des atomes d’impureté comme le phosphore).

Comparatif des Semi-conducteurs