Introduction à la chimie (Français)

Termes

• semiconducteurune substance ayant des propriétés électriques entre celles d’un bon conducteur et celles d’un bon isolant
• conducteursquelque chose qui peut transmettre de l’électricité, de la chaleur, de la lumière ou du son
• dopeddécrire un semi-conducteur qui a eu de petites quantités d’éléments ajoutés pour créer isolateurs., Les semi-conducteurs se divisent en deux grandes catégories:
  • Les semi-conducteurs intrinsèques ne sont composés que d’un seul type de matériau; le silicium et le germanium en sont deux exemples. Ceux-ci sont également appelés « semi-conducteurs non dopés” ou « semi-conducteurs de type I. « 
  • Les semi-conducteurs extrinsèques, quant à eux, sont des semi — conducteurs intrinsèques auxquels d’autres substances sont ajoutées pour modifier leurs propriétés-c’est-à-dire qu’ils ont été dopés avec un autre élément.,

  semi-conducteurs intrinsèques

  dans les semi-conducteurs cristallins classiques, les électrons ne peuvent avoir d’énergies que dans certaines bandes (plages de niveaux d’énergie). L’énergie de ces bandes se situe entre l’énergie de l’état fondamental et l’énergie de l’électron libre (l’énergie requise pour qu’un électron s’échappe entièrement du matériau). Les bandes d’énergie correspondent à un grand nombre d’états quantiques discrets des électrons. La plupart des États à faible énergie (plus proches du noyau) sont occupés, jusqu’à une bande particulière appelée bande de valence.,

  Les semi-conducteurs et les isolants se distinguent des métaux par la population d’électrons dans chaque bande. La bande de valence dans un métal donné est presque remplie d’électrons dans les conditions habituelles. Dans les semi-conducteurs, seuls quelques électrons existent dans la bande de conduction juste au-dessus de la bande de valence, et un isolant n’a presque pas d’électrons libres.

  

  Les semi-conducteurs et les isolants se distinguent en outre par la bande interdite relative. Dans les semi-conducteurs, la bande interdite est faible, ce qui permet aux électrons de peupler la bande de conduction. Dans les isolateurs, il est grand, ce qui rend difficile le passage des électrons à travers la bande de conduction.

  semi-conducteurs extrinsèques

  le nom « semi-conducteur extrinsèque” peut être un peu trompeur., Alors que les matériaux isolants peuvent être dopés pour devenir des semi-conducteurs, les semi-conducteurs intrinsèques peuvent également être dopés, ce qui donne un semi-conducteur extrinsèque. Il existe deux types de semi-conducteurs extrinsèques qui résultent du dopage: les atomes qui ont un électron supplémentaire (de type n pour le négatif, du groupe V, comme le phosphore) et les atomes qui ont un électron de moins (de type p pour le positif, du groupe III, comme le bore).

  dans la production de semi-conducteurs, le dopage introduit intentionnellement des impuretés dans un semi-conducteur extrêmement pur, ou intrinsèque, dans le but de modifier ses propriétés électriques., Les impuretés dépendent du type de semi-conducteur. Les semi-conducteurs légèrement et modérément dopés sont appelés extrinsèques. Lorsqu’un semi-conducteur est dopé à un niveau si élevé qu’il agit plus comme un chef d’orchestre qu’un semi-conducteur, il est désigné comme dégénéré.

  semi-conducteurs de type N

  Les semi-conducteurs de type N sont un type de semi-conducteur extrinsèque dans lequel les atomes dopants sont capables de fournir des électrons de conduction supplémentaires au matériau hôte (par exemple, le phosphore dans le silicium). Cela crée un excès de porteurs de charge électroniques négatifs (de type n).,

  

  Les atomes de dopage ont généralement un électron de valence de plus qu’un type d’atomes hôtes. L’exemple le plus courant est la substitution atomique dans les solides du groupe IV par des éléments du groupe V. La situation est plus incertaine lorsque l’hôte contient plus d’un type d’atome., Par exemple, dans les semi-conducteurs III-V tels que l’arséniure de gallium, le silicium peut être un donneur lorsqu’il remplace le gallium ou un accepteur lorsqu’il remplace l’arsenic. Certains donneurs ont moins d’électrons de valence que l’hôte, tels que les métaux alcalins, qui sont des donneurs dans la plupart des solides.

  semi-conducteurs de Type P

  un semi-conducteur de type p (P Pour « positif”) est créé en ajoutant un certain type d’atome au semi-conducteur afin d’augmenter le nombre de porteurs de charge libres. Lorsque le matériau dopant est ajouté, il enlève (accepte) des électrons externes faiblement liés aux atomes semi-conducteurs., Ce type d’agent dopant est également connu sous le nom de matériau accepteur, et la vacance laissée par l’électron est connue sous le nom de trou. Le but du dopage de type p est de créer une abondance de trous.

  

  Dans le cas du silicium, un atome trivalent est substitué dans le réseau cristallin., Le résultat est qu’il manque un électron à l’une des quatre liaisons covalentes qui font normalement partie du réseau de silicium. Par conséquent, l’atome dopant peut accepter un électron de la liaison covalente d’un atome voisin pour compléter la quatrième liaison. C’est pourquoi ces dopants sont appelés accepteurs.

  lorsque l’atome dopant accepte un électron, cela provoque la perte de la moitié d’une liaison de l’atome voisin, entraînant la formation d’un trou. Chaque trou est associé à un ion dopant chargé négativement à proximité, et le semi-conducteur reste électriquement neutre dans l’ensemble., Cependant, une fois que chaque trou a erré dans le réseau, un proton dans l’atome à l’emplacement du trou sera « exposé” et non plus annulé par un électron. Cet atome aura trois électrons et un trou entourant un noyau particulier avec quatre protons.

  Pour cette raison, un trou se comporte comme une charge positive. Lorsqu’un nombre suffisant d’atomes accepteurs est ajouté, les trous sont largement plus nombreux que les électrons excités thermiquement. Ainsi, les trous sont les porteurs majoritaires,tandis que les électrons deviennent des porteurs minoritaires dans les matériaux de type P.