Semi-conducteur intrinsèque ou extrinsèque
Il est remarquable que l'électronique moderne soit basée sur un type de matériau, les semi-conducteurs. Les semi-conducteurs sont des matériaux qui ont une conductivité intermédiaire entre les conducteurs et les isolants. Les matériaux semi-conducteurs ont été utilisés en électronique avant même l'invention de la diode et du transistor semi-conducteurs dans les années 1940, mais après cela, les semi-conducteurs ont trouvé une vaste application dans le domaine de l'électronique. En 1958, l'invention du circuit intégré par Jack Kilby de Texas Instruments a élevé l'utilisation des semi-conducteurs dans le domaine de l'électronique à un niveau sans précédent.
Naturellement, les semi-conducteurs ont leur propriété de conductivité grâce à des porteurs de charge libres. Un tel semi-conducteur, un matériau qui présente naturellement des propriétés de semi-conducteur, est connu comme un semi-conducteur intrinsèque. Pour le développement de composants électroniques avancés, les semi-conducteurs ont été améliorés pour fonctionner avec une plus grande conductivité en ajoutant des matériaux ou des éléments, ce qui augmente le nombre de porteurs de charge dans le matériau semi-conducteur. Un tel semi-conducteur est appelé semi-conducteur extrinsèque.
En savoir plus sur les semi-conducteurs intrinsèques
La conductivité de tout matériau est due aux électrons libérés dans la bande de conduction par l'agitation thermique. Dans le cas des semi-conducteurs intrinsèques, le nombre d'électrons libérés est relativement inférieur à celui des métaux, mais supérieur à celui des isolants. Cela permet une conductivité très limitée du courant à travers le matériau. Lorsque la température du matériau est augmentée, davantage d'électrons pénètrent dans la bande de conduction et, par conséquent, la conductivité du semi-conducteur augmente également. Il existe deux types de porteurs de charge dans un semi-conducteur, les électrons libérés dans la bande de valence et les orbitales vacantes, plus communément appelées trous. Le nombre de trous et d'électrons dans un semi-conducteur intrinsèque est égal. Les trous et les électrons contribuent au flux de courant. Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée, les électrons se déplacent vers le potentiel supérieur et les trous se déplacent vers le potentiel inférieur.
Il existe de nombreux matériaux qui agissent comme des semi-conducteurs, certains sont des éléments et d'autres des composés. Le silicium et le germanium sont des éléments aux propriétés semi-conductrices, tandis que l'arséniure de gallium est un composé. En général, les éléments du groupe IV et les composés des éléments des groupes III et V, tels que l'arséniure de gallium, le phosphure d'aluminium et le nitrure de gallium, présentent des propriétés semi-conductrices intrinsèques.
En savoir plus sur les semi-conducteurs extrinsèques
En ajoutant différents éléments, les propriétés des semi-conducteurs peuvent être affinées pour conduire plus de courant. Le processus d'ajout est connu sous le nom de dopage tandis que le matériau ajouté est connu sous le nom d'impuretés. Les impuretés augmentent le nombre de porteurs de charge dans le matériau, permettant une meilleure conductivité. Sur la base du support fourni, les impuretés sont classées comme accepteurs et donneurs. Les donneurs sont des matériaux qui ont des électrons non liés dans le réseau, et les accepteurs sont des matériaux qui laissent des trous dans le réseau. Pour les semi-conducteurs du groupe IV, les éléments du groupe III Bore, Aluminium agissent comme accepteurs, tandis que les éléments du groupe V Phosphore et arsenic agissent comme donneurs. Pour les semi-conducteurs composés du groupe II-V, le sélénium, le tellure agissent comme donneurs, tandis que le béryllium, le zinc et le cadmium agissent comme accepteurs.
Si un certain nombre d'atomes accepteurs sont ajoutés comme impureté, le nombre de trous augmente et le matériau a un excès de porteurs de charge positifs qu'auparavant. Par conséquent, le semi-conducteur dopé avec une impureté accepteur est appelé semi-conducteur de type positif ou de type P. De la même manière, un semi-conducteur dopé avec une impureté donneuse, qui laisse le matériau en excès d'électrons, est appelé semi-conducteur de type négatif ou de type N.
Les semi-conducteurs sont utilisés pour fabriquer différents types de diodes, transistors et composants associés. Les lasers, les cellules photovoltaïques (cellules solaires) et les photodétecteurs utilisent également des semi-conducteurs.
Quelle est la différence entre les semi-conducteurs intrinsèques et extrinsèques?
