Types de semi-conducteurs, applications et exemples

Le semi-conducteurs ce sont des éléments qui jouent le rôle de conducteurs ou d'isolateurs sélectivement, en fonction des conditions externes auxquelles ils sont soumis, tels que la température, la pression, le rayonnement et les champs magnétiques ou électriques.

Dans le tableau périodique sont présents 14 éléments semi-conducteurs, parmi lesquels le silicium, le germanium, le sélénium, le cadmium, l'aluminium, le gallium, le bore, l'indium et le carbone. Les semi-conducteurs sont des solides cristallins avec une conductivité électrique moyenne, ils peuvent donc être utilisés de manière double comme conducteur et isolant.

S'ils sont utilisés comme conducteurs, dans certaines conditions, les conditions permettent la circulation du courant électrique, mais seulement dans un sens. De plus, ils n'ont pas une conductivité aussi élevée que celle des métaux conducteurs.

Les semi-conducteurs sont utilisés dans les applications électroniques, en particulier pour la fabrication de composants tels que les transistors, les diodes et les circuits intégrés. Ils sont également utilisés comme accessoires ou accessoires pour les capteurs optiques, tels que les lasers à semi-conducteurs, et certains dispositifs d'alimentation pour les systèmes de transmission d'énergie électrique.

À l'heure actuelle, ce type d'éléments est utilisé pour les développements technologiques dans les domaines des télécommunications, des systèmes de contrôle et du traitement du signal, tant dans les applications domestiques que industrielles.

Index

• 1 types
  • 1.1 Semi-conducteurs intrinsèques
  • 1.2 Semi-conducteurs extrinsèques
• 2 caractéristiques
• 3 applications
• 4 exemples
• 5 références

Types

Il existe différents types de matériaux semi-conducteurs, en fonction des impuretés qu'ils présentent et de leur réponse physique à différents stimuli environnementaux.

Semi-conducteurs intrinsèques

Sont ces éléments dont la structure moléculaire est constituée d'un seul type d'atome. Parmi ce type de semi-conducteurs intrinsèques, on trouve le silico et le germanium.

La structure moléculaire des semi-conducteurs intrinsèques est tétraédrique; c'est-à-dire qu'il a des liaisons covalentes entre quatre atomes environnants, comme présenté dans l'image ci-dessous.

Chaque atome d'un semi-conducteur intrinsèque a 4 électrons de valence; c'est-à-dire 4 électrons en orbite dans la couche la plus externe de chaque atome. À leur tour, chacun de ces électrons forme des liaisons avec les électrons adjacents.

De cette façon, chaque atome a 8 électrons dans sa couche la plus superficielle, ce qui forme une union solide entre les électrons et les atomes qui constituent le réseau cristallin.

En raison de cette configuration, les électrons ne se déplacent pas facilement dans la structure. Ainsi, dans des conditions standard, les semi-conducteurs intrinsèques se comportent comme un isolant.

Cependant, la conductivité du semi-conducteur intrinsèque augmente chaque fois que la température augmente, car certains électrons de valence absorbent de l'énergie thermique et se séparent des liaisons.

Ces électrons deviennent des électrons libres et, s'ils sont correctement adressés par une différence de potentiel électrique, ils peuvent contribuer à la circulation du courant dans le réseau cristallin.

Dans ce cas, les électrons libres sautent sur la bande de conduction et vont au pôle positif de la source potentielle (une batterie par exemple).

Le mouvement des électrons de valence induit un vide dans la structure moléculaire, ce qui se traduit par un effet similaire à celui qui produirait une charge positive dans le système, ils sont donc considérés comme porteurs de charge positive.

Ensuite, un effet inverse se produit, car certains électrons peuvent tomber de la bande de conduction vers la couche de valence en libérant de l'énergie dans le processus, ce qui s'appelle la recombinaison.

Semi-conducteurs extrinsèques

Ils se conforment en incluant des impuretés dans les facteurs intrinsèques; c'est-à-dire en incorporant des éléments trivalents ou pentavalents.

Ce processus, connu sous le nom de dopage, vise à augmenter la conductivité des matériaux et à en améliorer les propriétés physiques et électriques.

Lorsque l'on substitue un atome de semi-conducteur intrinsèque à un atome d'un autre composant, on peut obtenir deux types de semi-conducteurs extrinsèques qui sont détaillés ci-dessous.

Type de semi-conducteur P

Dans ce cas, l'impureté est un élément semi-conducteur trivalent; c'est-à-dire avec trois (3) électrons dans sa coquille de valence.

Les éléments intrusifs dans la structure sont appelés éléments dopants. Des exemples de ces éléments pour les semi-conducteurs de type P sont le bore (B), le gallium (Ga) ou l'indium (In).

En l'absence d'un électron de valence pour former les quatre liaisons covalentes d'un semi-conducteur intrinsèque, le semi-conducteur de type P présente une lacune dans le chaînon manquant.

Cela rend le passage des électrons n'appartenant pas au réseau cristallin à travers ce trou porteur de charge positif.

En raison de la charge positive de l’espace de la liaison, ce type de conducteurs est appelé avec la lettre "P" et, par conséquent, ils sont reconnus comme accepteurs d’électrons.

Le flux d'électrons à travers les trous de la liaison produit un courant électrique qui circule dans le sens opposé au courant dérivé des électrons libres.

Type de semi-conducteur N

L'élément intrusif dans la configuration est donné par des éléments pentavalents; c'est-à-dire ceux qui ont cinq (5) électrons dans la bande de valence.

Dans ce cas, les impuretés sont incorporés dans les éléments semi-conducteurs intrinsèques sont tels que le phosphore (P), l'antimoine (Sb) ou d'arsenic (As).

Les dopants ont un électron de valence supplémentaire qui, en n’ayant pas de lien covalent à joindre, est automatiquement libre de se déplacer dans le réseau cristallin.

Ici, le courant électrique circule dans le matériau grâce au surplus d'électrons libres fournis par le dopant. Par conséquent, les semi-conducteurs de type N sont considérés comme des donneurs d’électrons.

Caractéristiques

Les semi-conducteurs se caractérisent par leur double fonctionnalité, leur efficacité énergétique, la diversité de leurs applications et leur faible coût. Les caractéristiques les plus remarquables des semi-conducteurs sont détaillées ci-dessous.

- Votre réponse (conducteur ou isolant) peut varier en fonction de la sensibilité de l'élément à l'éclairage, aux champs électriques et aux champs magnétiques de l'environnement.

- Si le semi-conducteur est soumis à une basse température, les électrons sont maintenus ensemble dans la bande de valence et ne pose donc pas pour la libre circulation des électrons du courant électrique.

Toutefois, si le semi-conducteur est exposée à des températures élevées, la vibration thermique peut affecter la force des liaisons covalentes des atomes de l'élément, qui libèrent des électrons de conduction électrique restent.

- La conductivité des semi-conducteurs varie en fonction de la proportion d'impuretés ou d'éléments dopants à l'intérieur d'un semi-conducteur intrinsèque.

Par exemple, si 10 atomes de bore sont inclus dans un million d'atomes de silicium, ce rapport augmente la conductivité des composites mille fois par rapport à la conductivité du silicium pur.

- La conductivité des semi-conducteurs varie entre 1 et 10^-6 S.cm^-1, en fonction du type d'élément chimique utilisé.

- Les composés ou les semi-conducteurs extrinsèques peuvent présenter des propriétés optiques et électriques considérablement supérieures aux propriétés du semi-conducteur intrínsecos.Un exemple de cet aspect est l'arséniure de gallium (GaAs), principalement utilisé dans des applications de fréquence radio et d'autres applications optoélectroniques.

Applications

Les semi-conducteurs sont largement utilisés comme matière première dans l'assemblage d'éléments électroniques qui font partie de notre vie quotidienne, tels que les circuits intégrés.

L'un des principaux éléments d'un circuit intégré sont des transistors. Ces dispositifs remplissent la fonction de fournir un signal de sortie (oscillatoire, amplifié ou redressé) en fonction d'un signal d'entrée spécifique.

De plus, les semi-conducteurs sont également le matériau principal des diodes utilisées dans les circuits électroniques pour permettre le passage du courant électrique dans une seule direction.

Pour la conception de diodes, les jonctions de type P à semi-conducteur extrinsèque et de type N sont formées Al porteuses en alternance et des donneurs d'électrons, un mécanisme d'équilibrage entre les deux zones est activée.

Ainsi, les électrons et les trous dans les deux zones se croisent et se complètent si nécessaire. Cela se produit de deux manières:

- Le transfert d'électrons de la zone de type N vers la zone P. La zone de type N obtient une zone de chargement majoritairement positive.

- Il y a passage d'électrons transportant des trous de la zone de type P vers la zone de type N. La zone de type P acquiert une charge principalement négative.

Enfin, un champ électrique est créé qui induit la circulation du courant dans une seule direction; c'est-à-dire de la zone N à la zone P.

De plus, l'utilisation de combinaisons de semi-conducteurs intrinsèques et extrinsèques peut produire des dispositifs qui remplissent des fonctions similaires à celles d'un tube à vide qui contient son volume des centaines de fois.

Ce type d'applications s'applique aux circuits intégrés tels que, par exemple, les puces à microprocesseur qui couvrent une quantité considérable d'énergie électrique.

Les semi-conducteurs sont présents dans les appareils électroniques que nous utilisons dans notre vie quotidienne, tels que les équipements de ligne brune tels que les téléviseurs, les lecteurs vidéo, les équipements audio; ordinateurs et téléphones portables.

Des exemples

Le semi-conducteur le plus utilisé dans l'industrie électronique est le silicium (Si). Ce matériel est présent dans les appareils qui constituent les circuits intégrés qui font partie de notre quotidien.

Le germanium et les alliages de silicium (SiGe) sont utilisés dans les circuits intégrés à grande vitesse pour les radars et les amplificateurs d'instruments électriques, tels que les guitares électriques.

Un autre exemple de semi-conducteur est l'arséniure de gallium (GaAs), largement utilisé dans les amplificateurs de signaux, en particulier les signaux à fort gain et à faible niveau de bruit.

Références

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2. Landin, P. (2014). Semi-conducteurs intrinsèques et extrinsèques. Extrait de: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (s.f.). Semi-conducteur Récupéré de: whatis.techtarget.com
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