Electronique essentiel: ce qui est un semi-conducteur?

Semi-conducteurs sont largement utilisés dans les circuits électroniques. Comme son nom l'indique, un semi-conducteur est un matériau qui conduit le courant, mais seulement partiellement. La conductivité d'un semi-conducteur se situe entre celui d'un isolant, qui a presque pas de conductivité, et un conducteur, qui est presque pleine conductivité. La plupart sont des cristaux semi-conducteurs en certains matériaux, le plus souvent du silicium.

Pour comprendre comment fonctionnent les semi-conducteurs, vous devez d'abord comprendre un peu comment les électrons sont organisés dans un atome. Les électrons dans un atome sont organisés en couches. Ces couches sont appelés coquilles. L'enveloppe extérieure est appelée la valence coquille.

Les électrons dans cette coquille sont ceux qui forment des liaisons avec des atomes voisins. Ces obligations sont appelés des liaisons covalentes. La plupart des conducteurs ont un seul électron dans la couche de valence. Semi-conducteurs, d'autre part, ont généralement quatre électrons dans leur couche de valence.

Si tous les atomes voisins sont de même type, il est possible pour tous les électrons de valence à se lier avec des électrons de valence des autres atomes. Lorsque cela se produit, les atomes se rangent dans des structures appelées cristaux. Semi-conducteurs sont fabriqués à partir de tels cristaux, généralement des cristaux de silicium.

Ici, chaque cercle représente un atome de silicium, et les frontières entre les atomes représentent les électrons partagés. Chacun des quatre électrons de valence de chaque atome de silicium est partagée avec une atome de silicium voisin. Ainsi, chaque atome de silicium est lié à quatre autres atomes de silicium.

Cristaux de silicium pur ne sont pas d'une grande utilité électroniquement. Mais si vous introduisez petites quantités d'autres éléments dans un cristal, le cristal commence à conduire d'une manière intéressante.

Le processus d'introduction délibérée d'autres éléments dans un cristal est appelé dopage. L'élément introduit par le dopage est appelé dopant. En contrôlant attentivement le processus de dopage et les dopants qui sont utilisés, des cristaux de silicium peuvent se transformer en l'un des deux types distincts de conducteurs:

• Semi-conducteur de type N: Créé lorsque le dopant est un élément qui a cinq électrons sur sa couche de valence. Le phosphore est habituellement utilisé à cette fin.

  Les atomes de phosphore se joignent droit dans la structure cristalline du silicium, chacun liaison avec quatre atomes de silicium adjacentes voudrais juste un atome de silicium ferait. Parce que l'atome de phosphore a cinq électrons sur sa couche de valence, mais seulement quatre d'entre eux sont liés à des atomes adjacents, la cinquième électron de valence est laissé traîner avec rien à se lier à.

  Les électrons de valence supplémentaires dans les atomes de phosphore commencent à se comporter comme les électrons de valence simples dans un conducteur régulier tels que le cuivre. Ils sont libres de se déplacer. Parce que ce type de semi-conducteur a électrons supplémentaires, il est appelé Semiconducteur de type N.

  

• De type P semi-conducteur: Qui se passe lorsque le dopant (tel que le bore) n'a que trois électrons dans la couche de valence. Quand une petite quantité est incorporé dans le cristal, l'atome est capable de se lier à quatre atomes de silicium, mais étant donné qu'il ne comporte que trois électrons à offrir, un trou a été crée. Le trou se comporte comme une charge positive, de sorte que les semi-conducteurs dopés de cette manière sont appelés Semi-conducteurs de type p.

  Comme une charge positive, trous attirer les électrons. Mais quand un électron se déplace dans un trou, l'électron quitte un nouveau trou à son emplacement précédent. Ainsi, dans un semi-conducteur de type P, des trous sont déplacent constamment dans le cristal comme les électrons constamment essayer de les remplir.

  

Lorsqu'une tension est appliquée soit à un type N ou un semi-conducteur de type P, les flux actuels, pour la même raison qu'il circule dans un conducteur régulier: Le côté négatif de la tension pousse des électrons, et le côté positif les tire. Le résultat est que le mouvement d'électrons et trous aléatoire qui est toujours présent dans un semi-conducteur devient organisé dans un sens, la création d'un courant électrique mesurable.