Types de Semiconducteurs
Les semi-conducteurs, matériaux organiques ou inorganiques, jouent un rôle crucial dans la régulation de la conduction électrique. Leur conductivité électrique se situe entre celle d’un métal et d’un isolant, avec un gap énergétique inférieur à 4eV (environ 1eV). Ce gap, ou bande interdite, est l’intervalle énergétique entre la bande de valence et la bande de conduction où les états électroniques sont interdits. Contrairement aux conducteurs, les électrons des semi-conducteurs nécessitent de l’énergie pour traverser ce gap et atteindre la bande de conduction. Les propriétés des semi-conducteurs dépendent de ce gap énergétique.
Classification des Semiconducteurs
On distingue deux types principaux de semi-conducteurs selon leurs propriétés électroniques :
- Semi-conducteurs Intrinsèques : Composés d’un seul élément (par exemple, le Silicium ou le Germanium), ces semi-conducteurs purs n’ont pas de dopage intentionnel. Ils conduisent l’électricité sous l’effet de la chaleur, permettant à certains électrons de se libérer et de devenir des électrons libres dans la bande de conduction.
- Semi-conducteurs Extrinsèques : Ces semi-conducteurs impurs sont intentionnellement dopés pour modifier leurs propriétés électroniques. Ils se divisent en deux catégories :
- Semi-conducteurs de type p : Dopés avec des atomes comme le bore, ayant moins d’électrons de valence que le matériau semi-conducteur, créant ainsi des « trous » dans la bande de valence.
- Semi-conducteurs de type n : Dopés avec des atomes comme le phosphore, ayant plus d’électrons de valence que le matériau semi-conducteur, ce qui crée un excès d’électrons dans la bande de conduction.
Tableau Comparatif des Semi-conducteurs
| Semi-conducteur | Type | Gap Énergétique (eV) | Mobilité Électronique (cm2/V.s) | Mobilité des Trous (cm2/V.s) | Conductivité Thermique (W/m.K) |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 | 450 | 150 |
| Arséniure de Gallium dopé à l’Aluminium (p-GaAs) | p-type | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Arséniure de Gallium dopé au Silicium (n-GaAs) | n-type | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
Matériaux Semi-conducteurs Courants
Les semi-conducteurs les plus connus sont le silicium (Si) et le germanium (Ge). Le silicium, élément avec 14 protons et électrons, est largement utilisé dans les détecteurs de particules chargées et les détecteurs de rayons X mous. Le germanium, avec 32 protons et électrons, est préféré pour la spectroscopie gamma en raison de son nombre atomique élevé et de son faible gap énergétique (0.67 eV), nécessitant une opération à des températures cryogéniques. Le diamant, avec un gap énergétique de 5.47 eV, est un semi-conducteur à large bande intéressant pour de nombreux dispositifs électroniques. Enfin, le tellurure de cadmium (CdTe) et le tellurure de cadmium et zinc (CdZnTe) sont prometteurs pour la détection de rayons X durs et de gamma, surpassant les capteurs à base de silicium pour des énergies supérieures à 20 keV.
