Semiconducteurs homogènes hors équilibre.

Objectifs

Définitions

Génération

Recombinaisons

Durée de vie

Conclusions Exercices


Semiconducteur homogène hors équilibre : 6.1 Objectifs.

boule Décrire brièvement les phénomènes physiques différents de l'agitation thermique capables de créer des paires électrons-trous.

boule Décrire brièvement les phénomènes physiques responsables de la disparition des paires électrons-trous.

boule Montrer  que la génération et la recombinaison caractérisent un paramètre important dans la conduction des semiconducteurs : la durée de vie des porteurs.

howl

Semiconducteur homogène hors équilibre : 6.2 Définitions.

boule Un électron se détache d'un atome (si l'énergie suffisante lui est fournie), il passe d'un état de la bande de valence (BdV) à un état de la bande de conduction (BdC), il est devenu électron libre (électron délocalisé) et il donne naissance à un trou dans la BdV : c'est le phénomène de génération d'une paire électron-trou.

boule  Un électron libre passe d'un état de la BdC à un état vide de la BdV  (disparition d'un trou), il perd de l'énergie : c'est le phénomène de recombinaison.

boule A l'équilibre thermodynamique (thermal equilibrium): la génération et la recombinaison se compensent exactement. La densité des trous (p0)  et des électrons  (n0) sont indépendantes du temps (stationnaires) et suivent la loi d'action de masse:

n0 p0 = ni2  (cm-6)

boule Hors équilibre thermodynamique la densité des électrons est :

n = n0 + Dc (Dc : écart par rapport à l'équilibre)

la densité des trous est :

p = p0 + Dc (Dc : écart par rapport à l'équilibre)

et :

n p neq ni2  (cm-6)

boule Deux cas peuvent se présenter :

p n < ni2 , il a moins de porteurs qu'à l'équilibre thermodynamique. C'est un phénomène d'extraction (désertion appauvrissement) .

p n > ni2 , il y a plus de porteurs qu'à l'équilibre thermodynamique. C'est un phénomène d'injection (génération, accumulation).
  1. Dc est du même ordre que la densité des porteurs minoritaires, c'est une faible injection (low-level injection ) : la densité des porteurs majoritaires reste identique à celle de l'équilibre.
  2. Dc est comparable à la densité des porteurs majoritaires, c'est une forte injection (high-level injection ) :  les densités des électrons et des trous deviennent voisines.

Conditions injection dans Si 'N'

Densité des

porteurs (cm-3)

Equilibre Faible

injection

Forte

injection

Ecart : Dc

0

1010

1015

Majoritaires nn

2.2 1015

2.2 1015 3.2 1015
Minoritaires pn

105

1010

1015

Règle de Von Neuman : l'envergure d'un ordinateur n'est pas plus longue que son cordon d'alimentation.


Semiconducteurs homogènes hors équilibre.

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Définitions

Génération

Recombinaisons

Durée de vie

Conclusions Exercices


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serveur eudil Dernière mise à jour : le 12 février, 2001 Auteur : Bernard BOITTIAUX