Plan du cours 1 Introduction 3 Jonctions et interfaces - Jonctions métal/semi- conducteurs - Jonction p-n à l'équilibre, Jonction p-n hors-équilibre 4
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[PDF] Les semi-conducteurs - Jonction PN
pour prévoir et analyser le comportements des diodes et des transistors (se reporter au cours sur les semi- conducteurs pour avoir une explication physique et
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Plan du cours 1 Introduction 3 Jonctions et interfaces - Jonctions métal/semi- conducteurs - Jonction p-n à l'équilibre, Jonction p-n hors-équilibre 4
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Cours Electronique analogique Introduction aux semi-conducteurs la jonction PN (ou diode), il permet en outre d'appréhender le fonctionnement des
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La jonction p-n polarisée par un générateur de tension De comprendre ce qu' est un semi-conducteur extrinsèque de type n et de type p 2014, http://www ise fraunhofer de/de/downloads/ pdf -files/aktuelles/photovoltaics-report- [2] Philippe Cazenave, “Physique des matériaux semiconducteurs”, Fascicule de cours,
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Semi-conducteur non dopé ou dopé ➢ Équation de Conducteurs – Isolants – Semi-conducteurs Si une bande à p places et n électrons : N p places et N n électrons constituées de deux parties dopées différemment (jonctions pn)
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de Marseille) du polycopier de cours de physique des semi-conducteurs de l' Ecole Nationale Application : ″ddp interne″ d'une jonction pn à l'équilibre 28
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Les semi-conducteurs (germanium et surtout silicium dont les propriétés sont Figure 12 : origine des courants opposés circulant dans la jonction PN en court-
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d'autres e- : C'est le cas des Semi conducteur {Silicium (Si), Germanium (Ge)} Définition: - On appelle jonction PN, un monocristal semi-conducteur dans
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I – Introduction au cours d'électronique – Semi-conducteurs II – La jonction PN III – La diode à jonction IV – Les transistors bipolaires V - Polarisation des
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Semi-conducteurs de type N et de type P ▫ La jonction PN ▫ Caractéristique de la jonction PN ▫ La diode ▫ Applications Références et illustrations:
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Jonction p-n
IV. La jonction p-n
Caractéristiques de base
A l'équilibre
Zone de charge d'espace
caractéristiques courant-tensionChamp de claquage
Hétérojonction
Chapitre 5
Science et génie des matériaux, Romuald Houdré - 2006 /2007 1Plan du cours
1. Introduction
- Caractéristiques physiques des semiconducteurs - Quels Matériaux pour quel type d'applications2. Propriétés électroniques des semiconducteurs
- Structure de bandes - Statistiques d'occupation des bandes - Propriétés de transport - Processus de recombinaison3. Jonctions et interfaces
- Jonctions métal/semi-conducteurs - Jonction p-n à l'équilibre, Jonction p-n hors-équilibre4. Composants électroniques
- Transistors bipolaires - Transistors à effet de champ - Dispositifs quantiques - Nouveaux matériaux5. Composants optoélectroniques
- Détecteurs - Diodes électroluminescentes - Diodes lasers - Lasers à émission par la surface - Lasers à cascade quantique 1/3 bases1/3 transport1/3 optique 2Circuits microélectroniques
3La jonction p-n
Une jonction p-n correspond à la juxtaposition de deux matériaux identiques ou non de type p et de type n Type nType p VUne jonction p-n est une diode
4La jonction p-n
Applications• Transistors bipolaires
• Diodes électroluminescentes • Diodes laser • Cellules solaires • Détecteurs 5Substrat type n
Fabrication
Pendant la croissance
Si + donneurs
Si + accepteurs
Image SEM d'une jonction p-n
6Fabrication
Par implantation ou diffusion
7Jonction p-n fabrication
8Fabrication
Composant final
9La jonction p-n
Type n Type p 10Diagramme de bande
• A l'équilibreType p
Type n
E V E C Gradients de concentration il existe un courant de diffusion J diff Les impuretés ne sont plus compensées un champ électrique se forme J condLes deux courants sont de signe opposé
11Diagramme de bande
• A l'équilibre 12Diagramme de bande
• A l'équilibre (pas d'excitation externe)Le niveau de Fermi doit être constant
J n n grad V F or grad V F = 0 d'où J n = 0 (idem pour J p J = J dérive + J diffusion = 0Equation générale des courantsIl n'y a pas de courant dans la jonction
Le courant de dérive compense exactement le courant de diffusion 13Zone de charge d'espace
La zone de charge d'espace ou zone de déplétionCharges fixesCharges mobiles
14Diagramme de bande
• A l'équilibre (pas d'excitation externe) Cette barrière de potentiel est la conséquence directe de l'apparition de zones chargées positivement et négativement sous l'effet de la diffusion des porteurs. C'est ce qui conduit à l'équilibreavec (nN D et pN ACalcul de la hauteur de barrière de potentiel
En considérant que toutes les impuretés sont ionisées, nous obtenons (built-in potential) qV bi =E g k B TlnN v N c N A N D qV bi = E G -(E C - E F n - (E F - E V p 15 Zone de char g e d'es p ace ZCEApproximation d'une jonction abrupte
-x p x n N D - N AType pType n
Calcul du champ électrique dans ZCE
Neutralité électrique: x
p N A = x n N DExtension de la ZCE: W = x
p + x n nDp A xxpourNqdxdxxpourNqdxd 00 222216
Zone de charge d'espace
Cas d'une jonction abrupte
-x p xn N D - N AType pType n
-E max E V bi =E(x)dx x p x n =qN A (x+x p )dx x p 0 +qN D (xx n )dx 0x n =qN A x p2 2 +qN D x n2 2 =E max x p 2 +E max x n 2 =1 2 E max WExtension de la zone de charge d'espace
W=2 q N A +N D N A N D V bi 17Exemple: Silicium Type n: N
D =10 18 cm -3 et p=n i2 /N D =10 2 cm -3Type p: N
A =10 16 cm -3 et n=n i2 /N A =10 4 cm -3 N c =2.7x10 19 cm -3 et N v =1.1x10 19 cm -3On trouve:
qV bi = 0.84 eVW = 334 nm
Zone de charge d'espace
0 r 0 =8.85x10 -12 F/m R = 11.9 q = 1.6x10 -19 C E max =5x10 4 V/cm W=2 q N A +N D N A N D V bi qV bi =E g k B TlnN v N c N A N D 18En pratique N
D >>N A d'où et x p = WLa zone de charge d'espace est principalement du côté le moins dopé (333 nm)Zone de charge d'espace
W = x n +x p et x n N D =x p N AD'où
x n = N A /(N D +N A )W x p = N D /(N D +N A )WZone de charge d'espace dans types n et p 19Jonction pn à l'équilibre
Résumé
Le courant de dérive compense
exactement le courant de diffusionZone de charge d'espace
20Jonction p-n: nanofils
C. Lieber, Harvard (USA)
1 m http://cmliris.harvard.edu 21LEDs à nanofils
C. Lieber, Harvard (USA)
22Diagramme de bande
• A l'équilibre 23• Apparition d'une zone de déplétion (zone de charge d'espace) • Charges positives et négatives portées par les donneurs et les accepteurs sont fixes • Pas de courant à l'équilibre