Le Jonction P-N – Jonction à Polarisation Inverse
Les semi-conducteurs, qu’ils soient inorganiques ou organiques, jouent un rôle crucial dans la régulation de la conduction électrique. Cette capacité à modifier leur conduction dépend de leur structure chimique, de la température, de l’illumination et de la présence de dopants. Le terme « semi-conducteur » est issu du fait que ces matériaux ont une conductivité électrique se situant entre celle d’un métal, comme le cuivre ou l’or, et un isolant, comme le verre. Ils possèdent un gap énergétique inférieur à 4eV (environ 1eV).
En physique de l’état solide, ce 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 semi-conducteurs doivent acquérir de l’énergie (par exemple, par rayonnement ionisant) pour franchir ce gap et atteindre la bande de conduction. Les propriétés des semi-conducteurs sont déterminées par ce gap énergétique entre les bandes de valence et de conduction.
Semi-conducteurs Extrinsèques
Les semi-conducteurs extrinsèques sont des semi-conducteurs impurs, intentionnellement dopés avec des impuretés pour modifier leurs propriétés électroniques. On distingue deux types de semi-conducteurs extrinsèques :
- Semi-conducteurs de type P : Dans ces semi-conducteurs, des atomes d’impureté comme le bore sont introduits dans le matériau semi-conducteur. Ces impuretés ayant moins d’électrons de valence que le matériau semi-conducteur, cela résulte en la création de « trous » (absence d’électrons) dans la bande de valence. Ces trous peuvent conduire le courant comme des porteurs de charge positifs, ce qui confère au matériau sa désignation de type P.
- Semi-conducteurs de type N : Dans les semi-conducteurs de type N, des atomes d’impureté comme le phosphore sont introduits. Ces impuretés ayant plus d’électrons de valence que le matériau semi-conducteur, cela crée un excès d’électrons dans la bande de conduction. Ces électrons excédentaires peuvent conduire le courant comme des porteurs de charge négatifs, d’où la désignation de type N du matériau.
La Jonction P-N en Polarisation Inverse
Le détecteur à semi-conducteur fonctionne nettement mieux comme détecteur de rayonnement lorsqu’une tension externe est appliquée à travers la jonction en direction inverse. La région de déplétion agit alors comme un détecteur de rayonnement. Une amélioration est obtenue en appliquant une tension de polarisation inverse à la jonction P-N pour épuiser le détecteur de porteurs libres, principe à la base de la plupart des détecteurs à semi-conducteurs.
La polarisation inverse d’une jonction augmente l’épaisseur de la région de déplétion car la différence de potentiel à travers la jonction est renforcée. Les détecteurs au germanium ont une structure p-i-n dans laquelle la région intrinsèque (i) est sensible au rayonnement ionisant, en particulier aux rayons X et gamma. Sous polarisation inverse, un champ électrique s’étend à travers la région intrinsèque ou appauvrie. Dans ce cas, une tension négative est appliquée au côté p et une tension positive au côté n.
Les trous dans la région p sont attirés depuis la jonction vers le contact p, et de manière similaire pour les électrons et le contact n. Cette charge est convertie en une impulsion de tension par un préamplificateur sensible à la charge intégré, en proportion de l’énergie déposée dans le détecteur par le photon entrant.
Pour en savoir plus, voir également : Détecteurs au germanium, MIRION Technologies.
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