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SEMICONDUCTEURS

Electronique - ENSPG 2005 / 2006


atome

E

Niveaux d’énergie

Cristal

T > 0K

E

Bandes d’énergie

ΔE


Colonne IV : Si ou Ge

4 voisins : à 0 K, isolant ; à > 0 K : (mauvais) conducteur

semi


Etat des bandes d’énergie dans un cristal

métal

isolant

Conduction

semi-conducteur

à 0K == isolant

Valence

T = 0K

semi-conducteur

T > 0K

T ≠ 0K

électrons

“trous”

(holes)


E

semi-conducteur

T > 0K

T ≠ 0K

courant d’électrons

courant de “trous”

courant d’électrons

courant de “trous”

I


Paire

électron

-

trou

ΔE

E

Bande de conduction

courant d’électrons

courant de “trous”

Bande de valence

Si : ΔE ≈ 1 eV (10 -19 J)


Semiconducteur dopé N (”de type N”)

Si

Si

4 e-

5 e-

E

P

Bande de conduction

Si

courant d’électrons

Bande de valence


Semiconducteur dopé P (”de type P”)

Si

Si

3 e-

E

Al

Si

Bande de conduction

4 e-

courant de trous

Bande de valence


Jonction PN

ions accepteurs

(chargés - ) fixes

ions donneurs

(chargés + ) fixes

E

Zone de CHARGE d’ESPACE




E dx = ΔV : barrière de potentiel

(0.6 - 0.8 V)


Jonction PN polarisée en direct

(DEL)

E

E

I > 0

U

V > 0

dès que U > ΔV, I est important


E

Jonction PN polarisée en Inverse

ΔV

(détecteur)

E

I ≈ 0

U

V < 0

ΔV augmente et I reste très faible


(K)

DIODE = dispositif “dysymétrique”

unidirectionnel en courant

Anode

(A)

Cathode

i D

v D


Caractéristique (v,i) de diode

Approximation ‘0’

Tension de

CLAQUAGE

i

i MAX

v

Zone d’utilisation


Caractéristique (v,i) de diode

Approximation ‘1’

i

v

ΔV

Seuil

ΔV

≈0.7V

v

u

v = u + ΔV

v > ΔV -> u > 0

diode passante


Caractéristique (v,i) de diode

Approximation ‘II’

i

r

pente ==‘r’

v

ΔV

i

ΔV

≈0.7V

v

u

v = u + ΔV + ri


Caractéristique (v,i) de diode

Approximation ‘III’

mA

i

i = I S [exp(

v

kT/e ) − 1]

I S

v

kT/e ≈ 26 mV (@ 300K)

V


i

v

R

E

i = I S [exp(

v

kT/e ) − 1]

i

1

= ( ∂i

r d ∂v ) V = I o

o

26 mV

E/R

Io

∂i

∂v

résistance

dynamique

rd = 26 mV / Io

E

v

Vo

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