Semi-conducteurs de type N
Les semi-conducteurs, qu’ils soient inorganiques ou organiques, jouent un rôle crucial dans la technologie moderne. Leur conductivité électrique, qui se situe entre celle des métaux et des isolants, dépend de leur structure chimique, de la température, de l’illumination, et de la présence de dopants. Ces matériaux possèdent un écart énergétique (ou band gap) inférieur à 4eV, typiquement autour de 1eV, une caractéristique clé dans la physique de l’état solide.
Types de Semi-conducteurs
Il existe deux types principaux de semi-conducteurs basés sur leurs propriétés électroniques :
- Semi-conducteurs Intrinsèques : Ils sont composés d’un seul élément (par exemple, le silicium ou le germanium) et ne contiennent pas de dopants intentionnels. Leur conductivité électrique s’accroît avec la température.
- Semi-conducteurs Extrinsèques : Ils sont intentionnellement dopés avec des impuretés pour modifier leurs propriétés électroniques. Ils sont subdivisés en :
- Semi-conducteurs de type P : dopés avec des atomes ayant moins d’électrons de valence que le matériau de base, créant des « trous » dans la bande de valence.
- Semi-conducteurs de type N : dopés avec des atomes ayant plus d’électrons de valence, augmentant le nombre d’électrons dans la bande de conduction.
Les Semi-conducteurs de type N
Un semi-conducteur de type N est dopé avec des atomes donneurs d’électrons, comme l’arsenic, l’antimoine ou le phosphore. Ces impuretés pentavalentes ajoutent des électrons libres, augmentant significativement la conductivité de semi-conducteurs intrinsèques. Dans un cristal de silicium, l’ajout de phosphore (groupe V) crée un semi-conducteur de type N, où les électrons de conduction dominent. La neutralité de charge du matériau est maintenue, le nombre d’électrons de conduction étant approximativement égal au nombre de sites donneurs, n≈ND.
Propriétés des Semi-conducteurs
Les propriétés des semi-conducteurs sont influencées par l’écart énergétique entre les bandes de valence et de conduction. Voici quelques exemples :
| Semi-conducteur | Type | Écart Énergétique (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) | P-type | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Silicium dopé au Phosphore (n-Si) | N-type | 1.12 | 1500 | 4500 | 150 |
Conclusion
En résumé, les semi-conducteurs de type N sont essentiels dans de nombreuses applications électroniques en raison de leur capacité à conduire efficacement l’électricité grâce à l’excès d’électrons. Leur compréhension et leur maîtrise sont fondamentales pour le développement de technologies avancées.
