Population des porteurs
Objectifs 
Population des bandes permises 
Densité des porteurs 
Semiconducteur intrinsèque 
Conclusions - Exercices
 

Population des porteurs : 3.4 Semiconducteur intrinsèque.

key Si la bande permise est presque vide, la conduction de l'électricité est proportionnelle à la densité des électrons libres. Si la bande permise est presque pleine, la conduction de l'électricité est proportionnelle à la densité des trous.

3.4.1 Semiconducteurs.

boule Considérons les cristaux "isolants", ils possèdent des hauteurs de bande interdite (Gap) différentes . Cette hauteur dépend principalement de la structure cristalline (paramètres du réseau).

Valeurs des "Gap" en eV
  300 K   0 K

C

5.47

5.51

Ge

0.66

0.75

Si

1.12

1.16

SiC

3.0

3.1

GaAs

1.43

1.52

GaP

2.25

2.35

GaSb

0.68

0.81

InSb

0.17

0.24

InAs

0.36

0.42

InP

1.29

1.42

bouleA T = 0 K, il n'y a pas de porteurs dans la BdC et dans la BdV : on est dans le cas ISOLANT

boule Lorsque T différent 0 K et si Eg est relativement faible,  quelques électrons du haut de la BdV peuvent franchir la bande interdite et se retrouver dans le bas de la BdC.

bouleLe nombre de porteurs libres croît exponentiellement en fonction de la température, l'isolant est de moins en moins "bon", il devient "semiconducteur".

boule La distinction entre isolant et semiconducteur est purement quantitative :

  • si Eg < 2 eV, on a un semiconducteur.
  • si Eg > 5 eV, on a un isolant.

Densité des porteurs dans le silicium en fonction de la température ( wwwUniversity Of Buffalo Prof .C.R. WIE and his students)

3.4.2 La génération recombinaison.

boule Certains électrons de valence sont "excités" thermiquement.

boule Si l'énergie gagnée est > Eg l'électron quitte sa position de liaison et se trouve alors dans un état quasi libre dans le cristal.

boule En quittant sa liaison d'origine, l'électron laisse derrière lui un site vide : c'est un trou.

boule Ce trou peut attirer un électron de valence d'une liaison proche qui en quittant son site fait apparaître un trou. Le trou est mobile.

gnanim bouleLa rupture d'une laison fait apparaître 2 porteurs : un négatif et un positif. C'est la paire électron-trou.

boule ce phénomène de génération de paire électron-trou est d'autant plus important que l'énergie thermique est forte c'est à dire la température du cristal élevée.

boule Lorsqu'un électron quasi-libre passe à proximité d'un trou, il est attiré par celui-ci et peut aller occuper le site vide.

boule Quand le trou disparait, l'électron redevient électron de liaison et il restitue l'énergie qu'il avait acquis sous forme d'énergie thermique. Il y a disparition d'une paire électron trou. C'est le phénomène de recombinaison.

boule Dans le schéma énergétique, la génération  se traduit par le passage d'un électron d'un état de la BdV à un état de la BdC.

fig29

boule La distance à Ec de l'état occupé dans la BdC  par l'électron correspond à son énergie cinétique.

boule La distance à Ev de l'état occupé par un trou dans la BdV correspond à son énergie cinétique.

3.4.3 Le semiconducteur intrinsèque.

boule Semiconducteur intrinsèque : c'est un semiconducteur pur sans défaut de structure.

boule Dans un semiconducteur intrinsèque, à chaque électron de la BdC correspond un trou dans la BdV donc :

n = p = ni

boule En remplaçant n et p par leur expression on trouve :

EFi : position du niveau de FERMI dans un semiconducteur intrinsèque.

bouleA T = 0 K, le niveau de FERMI dans un semiconducteur intrinsèque est exactement au milieu de la bande interdite.

Lorsque T augmente, le niveau de FERMI s'éloigne légèrement du milieu sauf si me = mh.

bouleIl est possible en introduisant les notions de nombre intrinsèque et de niveau de FERMI d'écrire :



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Dernière mise à jour : le 8 décembre, 2003 Auteur : Bernard BOITTIAUX