Semi-conducteur en germanium | Propriétés et applications

Semiconducteurs en Général

Les semiconducteurs, matières inorganiques ou organiques, possèdent la capacité unique de contrôler leur conduction en fonction de leur structure chimique, de la température, de l’illumination et de la présence de dopants. Leur conductivité électrique se situe entre celle des métaux, comme le cuivre ou l’or, et des isolants, tels que le verre. Avec un gap énergétique de moins de 4eV (environ 1eV), ces matériaux jouent un rôle crucial dans 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 dans les semiconducteurs nécessitent une énergie (par exemple, issue des radiations ionisantes) pour franchir ce gap et atteindre la bande de conduction.

Semiconducteur au Germanium

Le germanium (Ge) est un matériau semiconducteur qui a été largement utilisé dans les dispositifs électroniques aux premiers jours de la technologie des semiconducteurs, avant l’adoption généralisée du silicium. Avec un gap de 0.67 eV, inférieur à celui du silicium (1.1 eV) et de l’arséniure de gallium (1.4 eV), le germanium se distingue par sa haute mobilité électronique, supérieure à celle du silicium, favorisant des vitesses d’électrons élevées et des vitesses de commutation rapides. Idéal pour les dispositifs électroniques à haute fréquence comme les récepteurs radio et les transistors, il présente également d’excellentes propriétés optiques, adaptées aux détecteurs infrarouges et autres dispositifs optoélectroniques. Cependant, sa faible stabilité thermique et sa propension aux impuretés limitent son utilisation dans certaines applications.

Types de Semiconducteurs

Les semiconducteurs se classifient en deux types principaux selon leurs propriétés électroniques :

• Semiconducteurs Intrinsèques : Ces semiconducteurs purs, composés d’un seul élément (par exemple, Silicium, Germanium), ne sont pas intentionnellement dopés. Ils conduisent l’électricité lorsque chauffés, permettant à certains électrons d’atteindre la bande de conduction.
• Semiconducteurs Extrinsèques : Ces semiconducteurs impurs sont intentionnellement dopés pour modifier leurs propriétés électroniques. Ils se subdivisent en :
  • p-type : Avec des atomes d’impureté comme le bore, créant des « trous » dans la bande de valence, agissant comme des porteurs de charge positive.
  • n-type : Avec des atomes comme le phosphore, ajoutant des électrons excédentaires dans la bande de conduction, agissant comme des porteurs de charge négative.

Tableau de Propriétés des Semiconducteurs