Caractéristiques des Semi-conducteurs
Les semi-conducteurs, des matériaux inorganiques ou organiques, jouent un rôle crucial dans le contrôle de la conduction électrique. Cette capacité est influencée par la structure chimique, la température, l’éclairage et la présence de dopants. Leur conductivité électrique se situe entre celle d’un métal et d’un isolant, comme le verre. Les semi-conducteurs ont un gap énergétique inférieur à 4eV (environ 1eV), une gamme d’énergie où les états d’électrons sont interdits entre la bande de valence et la bande de conduction.
Caractéristiques Clés des Semi-conducteurs
- Conductivité Variable : Sous certaines conditions, comme l’exposition à la lumière ou à la chaleur, les semi-conducteurs peuvent conduire l’électricité. Ils peuvent aussi agir comme des isolants dans d’autres circonstances.
- Gap de Bande : Ce gap, l’énergie nécessaire pour déplacer un électron de la bande de valence à la bande de conduction, détermine l’énergie requise pour que le semi-conducteur devienne conducteur.
- Dopage : Les semi-conducteurs peuvent être dopés avec des impuretés pour modifier leurs propriétés électriques. Le dopage introduit des électrons supplémentaires ou des « trous », modifiant ainsi leur conductivité.
- Dépendance à la Température : La conductivité électrique des semi-conducteurs dépend fortement de la température. En général, elle augmente avec la température.
- Sensibilité à la Lumière : Certains semi-conducteurs sont sensibles à la lumière et trouvent des applications dans les cellules photovoltaïques, les capteurs de lumière et les LED.
- Porteurs Minoritaires : Dans les semi-conducteurs, les électrons et les trous sont connus comme des porteurs minoritaires. Ces porteurs peuvent être manipulés pour produire des propriétés électriques souhaitées.
Tableau des Semi-conducteurs
Voici un tableau présentant 3 semi-conducteurs intrinsèques et 2 semi-conducteurs de type p et n, avec 4 propriétés clés :
| Semi-conducteur | Type | Gap de Bande (eV) | Mobilité des Électrons (cm²/Vs) | Mobilité des Trous (cm²/Vs) | Conductivité Thermique (W/mK) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silicium (Si) | Intrinsèque | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Germanium (Ge) | Intrinsèque | 0.67 | 3900 | 1900 | 60 |
| Arséniure de Gallium (GaAs) | Intrinsèque | 1.43 | 8500 | 400 | 46 |
| Silicium dopé au Bore (p-Si) | Type p | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Silicium dopé au Phosphore (n-Si) | Type n | 1.12 | 1500 | 4500 | 150 |
| Arséniure de Gallium dopé à l’Aluminium (p-GaAs) | Type p | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Arséniure de Gallium dopé au Silicium (n-GaAs) | Type n | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
Types de Semi-conducteurs
Les semi-conducteurs peuvent être classifiés en deux types principaux :
- Semi-conducteurs Intrinsèques : Ils sont purs, composés d’un seul élément (par exemple, le Silicium, le Germanium) et ne contiennent pas intentionnellement de dopants. Ils conduisent l’électricité lorsqu’ils sont chauffés, permettant à certains électrons de se libérer de leurs liaisons et de devenir libres dans la bande de conduction.
- Semi-conducteurs Extrinsèques : Ce sont des semi-conducteurs impurs, intentionnellement dopés avec des impuretés pour changer leurs propriétés électroniques, subdivisés en :
- Type p : Dans les semi-conducteurs de type p, des atomes d’impuretés comme le bore sont introduits. Ces impuretés ayant moins d’électrons de valence que le matériau semi-conducteur, créent des « trous » dans la bande de valence, agissant comme des porteurs de charge positive.
- Type n : Dans les semi-conducteurs de type n, des atomes d’impuretés comme le phosphore sont introduits. Ces impuretés ayant plus d’électrons de valence que le matériau semi-conducteur, créent des électrons excédentaires dans la bande de conduction, agissant comme des porteurs de charge négative.
