semi-conducteurs
Les semi-conducteurs peuvent être différenciés comme intrinsèques et extrinsèques selon la question de la pureté concernée. Les semi-conducteurs de type P et de type N relèvent tous deux de semi-conducteurs extrinsèques. Alors, quelle est la différence?
les semi-conducteurs ont un impact monumental sur notre monde. Ils se trouvent au cœur de tout appareil électrique informatisé ou utilisant des ondes radio. Ils sont souvent faits de silicium, d’où le nom de Silicon Valley où se trouvent bon nombre des plus grandes entreprises technologiques d’aujourd’hui – le silicium est au cœur de pratiquement tous les appareils électroniques.,
Le silicium est si largement utilisé dans les semi – conducteurs parce qu’il est un élément abondant – on le trouve dans le sable et le quartz, par exemple-qui a une structure électronique idéale. Avec quatre électrons dans son orbitale externe, le silicium peut former de belles structures cristallines et les quatre électrons peuvent former des liaisons covalentes parfaites avec quatre atomes voisins pour créer un réseau.
En carbone, un autre élément avec quatre électrons dans son orbitale extérieure, cette structure cristalline est connue comme un diamant., Dans le silicium, cette structure cristalline est une substance argentée d’aspect métallique. Bien qu’ils aient l’air métalliques, les cristaux de silicium ne sont pas, en fait, des métaux; un cristal de silicium est un isolant proche et seule une petite quantité d’électricité le traversera.
en dopant le silicium, cependant, tout cela peut être changé, et c’est lorsque des semi – conducteurs de type p et n sont formés.
comprendre les semi – conducteurs de type p et n
dans les semi-conducteurs comme le silicium, le dopage est un processus qui introduit intentionnellement des impuretés dans un semi-conducteur intrinsèque., Il implique une réaction chimique qui permet aux impuretés de former des liaisons ioniques avec des atomes de silicium dans son cristal.
le but du dopage est de moduler ses propriétés électriques, optiques et structurelles. Lorsqu’un semi-conducteur a subi un dopage, il est alors appelé semi-conducteur extrinsèque. En revanche, un semi-conducteur sous une forme pure non dopée est un semi-conducteur intrinsèque.
dans le dopage au silicium, il existe deux types d’impuretés: de type n et de type P.
dans le dopage de type n, de l’arsenic ou du phosphore est ajouté en petites quantités au silicium., Ces deux éléments ont cinq électrons dans leurs orbitales externes et ils ne sont donc pas à leur place lorsqu’ils pénètrent dans la structure cristalline du silicium. Depuis le cinquième électron n’a rien à adhérer, il est libre de se déplacer, permettant à un courant électrique de circuler à travers le silicium.
dans le dopage de type p, le bore ou le gallium est utilisé comme dopant. Ces éléments ont chacun trois électrons dans leurs orbitales externes. Lorsqu’ils sont mélangés dans le silicium en treillis, ils forment des « trous » dans la bande de valence des atomes de silicium., Cela signifie que les électrons dans la bande de valence deviennent mobiles, et les trous se déplacent dans la direction opposée au mouvement des électrons. Parce que le dopant est fixé dans le réseau cristallin, seules les charges positives peuvent se déplacer. En raison des trous positifs, ces semi-conducteurs sont connus sous le nom de « type p” (ou « P-conducteur” ou « P-dopé”).
Alors, quelle est la différence?
dans le silicium de type n, Les électrons ont une charge négative, d’où le nom de type N., P-type de silicium, l’effet d’une charge positive est créé en l’absence d’un électron, d’où le nom de p-type.
la différence matérielle entre le dopage de type n et p est la direction dans laquelle les électrons circulent à travers les couches déposées du semi – conducteur. Le silicium de type n et p est bon (mais pas génial!) conducteurs d’électricité.
les assembler
le silicium de type N et p n’a rien d’étonnant à lui seul. Lorsque vous les mettez ensemble, cependant, un comportement intéressant est exposé à la jonction entre les deux.,
Une diode est l’exemple le plus simple possible d’un dispositif semi – conducteur qui utilise à la fois du silicium de type n et P. Il permet à un courant électrique de circuler dans une seule direction. Imaginez un tourniquet dans un stade de football – une diode est une porte de tourniquet à Sens Unique Pour les électrons.
Tout se réduit à la jonction pn., Le silicium de type N a des électrons supplémentaires et il y a des atomes du côté p qui ont besoin d’électrons, donc les électrons migrent à travers la jonction. (Alternativement: le côté p a des trous supplémentaires, et il y a des atomes sur le côté n qui ont besoin de trous, de sorte que les trous migrent à travers la jonction.) Ces électrons et ces trous – porteurs de charge électrique – près de la jonction se combinent et s’annulent, laissant une zone neutre de « déplétion » où aucune charge électrique ne circule.,
cependant, les atomes de chaque côté de la zone de déplétion veulent acquérir des électrons / se débarrasser des trous pour devenir neutres, mais comme il n’y a pas de porteurs de charge libres dans la zone de déplétion, ils ne peuvent pas le faire. Ils tirent sur les porteurs de charge qui ont traversé la jonction, mais parce que la zone d’épuisement n’a pas de porteurs de charge à abandonner, rien ne bouge.
En appliquant un champ électrique de la jonction pn (par exemple en utilisant une batterie), vous pouvez soit tourner la diode de jonction dans un isolant ou d’un chef d’orchestre.,
Si vous connectez l’extrémité négative (-ve) de la batterie au côté p et l’extrémité positive (+ve) au côté n (« polarisation inverse »), les porteurs de charge libres sont écartés et la zone d’épuisement s’élargit. Cela transforme la jonction en isolant et inhibe davantage le flux de courant électrique.
cependant, si vous connectez l’extrémité-ve de la batterie au côté n et l’extrémité +ve au côté p (« polarisation vers l’avant »), les supports de charge sont poussés au milieu, éliminant la zone d’épuisement et transformant la jonction p-n en conducteur., En effet, les trous du côté p sont repoussés par l’extrémité +ve de la batterie et les électrons du côté n sont repoussés par l’extrémité-ve de la batterie. Les atomes à la jonction peuvent maintenant remettre les porteurs de charge les uns aux autres, permettant au courant de circuler librement.
ceci est un exemple très basique du fonctionnement du type le plus élémentaire de dispositif semi-conducteur, la diode. Mettez quelques milliards de ceux-ci ensemble dos à dos et vous avez une puce informatique!