Dispositifs à Semiconducteurs et Semiconducteurs
Les semiconducteurs, qu’ils soient inorganiques ou organiques, jouent un rôle crucial dans le domaine de l’électronique moderne. Leur capacité à contrôler la conduction en fonction de leur structure chimique, de la température, de l’éclairage et de la présence de dopants les rend essentiels. Ces matériaux ont une conductivité électrique intermédiaire entre celle des métaux, tels que le cuivre ou l’or, et celle des isolants, comme le verre. Avec un écart d’énergie inférieur à 4eV (environ 1eV), ces matériaux se situent dans un spectre unique de la physique de l’état solide.
Le gap énergétique, ou bande interdite, est une plage d’énergie entre la bande de valence et la bande de conduction où les états électroniques sont interdits. Contrairement aux conducteurs, les électrons des semiconducteurs doivent acquérir de l’énergie, par exemple par rayonnement ionisant, pour franchir cette bande interdite et atteindre la bande de conduction. Les propriétés des semiconducteurs sont déterminées par cet écart d’énergie entre les bandes de valence et de conduction.
Les Dispositifs à Semiconducteurs
Les dispositifs à semiconducteurs sont des composants électroniques fabriqués à partir de matériaux semiconducteurs, comme le silicium. Ils présentent des propriétés électriques intermédiaires entre celles des conducteurs et des isolants.
- Diodes : Un dispositif à deux bornes qui permet le passage du courant dans une seule direction. Il est créé en joignant un semiconducteur de type p (excès de trous) à un semiconducteur de type n (excès d’électrons).
- Transistors : Un dispositif à trois bornes capable d’amplifier ou de commuter des signaux électroniques. Il est constitué de trois couches de matériaux semiconducteurs: une couche de type n, une de type p, puis une autre de type n (pour un transistor NPN) ou de type p (pour un transistor PNP).
- Circuits Intégrés : Ces circuits miniaturisés combinent plusieurs dispositifs à semiconducteurs, tels que diodes, transistors et résistances, sur un seul morceau de silicium. Ils sont utilisés dans une vaste gamme d’appareils électroniques.
- Cellules Solaires : Ces dispositifs convertissent la lumière du soleil en électricité. Ils sont fabriqués en dopant une plaquette de silicium pour créer des régions de type p et n, générant ainsi un champ électrique interne.
- Diodes Électroluminescentes (LED) : Un dispositif qui émet de la lumière lorsqu’un courant le traverse. Il est fabriqué en dopant un matériau semiconducteur, créant ainsi une jonction p-n qui émet de la lumière.
Types de Semiconducteurs
Les semiconducteurs peuvent être classés en deux types principaux en fonction de leurs propriétés électroniques :
- Semiconducteurs intrinsèques : Ceux-ci sont purs et composés d’un seul élément, comme le silicium ou le germanium, sans dopage intentionnel. Ils conduisent l’électricité lorsqu’ils sont chauffés, permettant à certains électrons de gagner suffisamment d’énergie pour se libérer de leurs liaisons et devenir des électrons libres dans la bande de conduction.
- Semiconducteurs extrinsèques : Ces semiconducteurs sont intentionnellement dopés pour modifier leurs propriétés électroniques. Ils peuvent être divisés en deux types :
- Semiconducteurs de type p : Ici, des atomes d’impuretés comme le bore sont introduits. Ces impuretés ont moins d’électrons de valence que le matériau semiconducteur, créant des « trous » dans la bande de valence, qui agissent comme des porteurs de charge positifs.
- Semiconducteurs de type n : Des atomes d’impuretés comme le phosphore sont introduits. Ces impuretés ont plus d’électrons de valence que le matériau semiconducteur, créant un excès d’électrons dans la bande de conduction, qui agissent comme des porteurs de charge négatifs.
