Semi-conducteurs

Le silicium est le semi-conducteur le plus utilisé

Quels sont les semi-conducteurs ou les matériaux semi-conducteurs?

Les Semi-conducteurs ou matériaux semi-conducteurs Ce sont des éléments qui remplissent la fonction des conducteurs ou des 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, 14 éléments semi-conducteurs sont présents, parmi lesquels le silicium, le germanio, le sélénium, le cadmium, l'aluminium, le gallium, le bore, l'Inde et le carbone se démarquent. Les semi-conducteurs sont des solides cristallins avec une conductivité électrique moyenne, de sorte qu'ils peuvent être utilisés en double comme conducteur et isolant.

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

Les semi-conducteurs sont utilisés dans des 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 suppléments de capteurs optiques, tels que les lasers à semi-conducteurs, et certains dispositifs d'alimentation pour les systèmes de transmission électrique.

À l'heure actuelle, ce type d'éléments est utilisé pour les développements technologiques dans le domaine des télécommunications, du contrôle du signal et des systèmes de traitement, à la fois dans des applications domestiques et industrielles.

Types de semi-conducteurs

Il existe différents types de matériaux semi-conducteurs, selon les impuretés qu'ils présentent et leur réponse physique à différents stimuli de l'environnement.

Semi-conducteurs intrinsèques

Ce sont ces éléments dont la structure moléculaire est composée d'un seul type d'atome. Parmi ce type de semi-conducteurs intrinsèques se trouve le silicium et le Germanio.

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 son tour, chacun de ces électrons forme des liens vers des électrons adjacents.

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

Peut vous servir: les 7 jouets qui fonctionnent avec la chaleur la plus remarquable

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

Ces électrons deviennent des électrons libres et, s'ils sont correctement dirigés 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 dans la bande de conduite et sont dirigés vers le pôle positif de la source potentielle (une batterie, par exemple).

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

Ensuite, il y a un effet inverse, car certains électrons peuvent tomber de la bande de conduite à la couche de valence libérant de l'énergie dans le processus, qui est appelée recombinaison.

Semi-conducteurs extrinsèques

Ils sont formés en incluant des impuretés au sein des conducteurs intrinsèques; c'est-à-dire par l'incorporation d'éléments trivalents ou de pentavalent.

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

En remplaçant un atome de semi-conducteur intrinsèque par un atome d'un autre composant, deux types de semi-conducteurs extrinsèques peuvent être obtenus, 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 couche de valence.

Les éléments d'intrus dans la structure sont appelés éléments de dopage. Les exemples de ces éléments pour les semi-conducteurs de type P sont le bore (B), le gallium (GA) ou l'Inde (IN).

Manquant d'un électron Valencia pour former les quatre liaisons covalentes d'un semi-conducteur intrinsèque, le semi-conducteur de type P a un vide dans le lien manquant.

Ce qui précède fait le passage d'électrons qui n'appartiennent pas au réseau cristallin à travers ce transporteur de cargaison positif.

En raison de la charge positive du lien de la liaison, ce type de conducteurs est appelé avec la lettre "P" et, par conséquent, sont reconnus comme accepteurs d'électrons.

Le flux d'électrons à travers les trous de liaison produit un courant électrique qui circule dans la direction opposée au courant dérivé d'électrons libres.

Peut vous servir: Organigramme de données

Semi-conducteur de type N

L'élément intrus dans la configuration est donné par les éléments pentavalent; c'est-à-dire ceux qui ont cinq (5) électrons dans la bande de Valence.

Dans ce cas, les impuretés qui sont incorporées dans le semi-conducteur intrinsèque sont des éléments tels que le phosphore (P), l'antimoine (SB) ou l'arsenic (AS).

Les dopants ont un électron Valencia supplémentaire qui, n'ayant pas de liaison covalente à rejoindre, est automatiquement libre de se déplacer dans le réseau cristallin.

Ici, le courant électrique circule à travers le matériau grâce à l'excédent d'électrons libres fournis par le dopante. Par conséquent, les semi-conducteurs de type N sont considérés comme des donateurs d'électrons.

Caractéristiques des semi-conducteurs

Les semi-conducteurs se caractérisent par leur double fonctionnalité, leur efficacité énergétique, leur diversité des 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 resteront unis dans la bande de Valence et, par conséquent, les électrons libres ne surgiront pas pour la circulation du courant électrique. En revanche, si le semi-conducteur est exposé à des températures élevées, les vibrations thermiques peuvent affecter la solidité des liaisons covalentes des atomes de l'élément, qui sont des électrons libres pour la conduction électrique.
• La conductivité des semi-conducteurs varie en fonction de la proportion d'impuretés ou d'éléments de dopage au sein d'un semi-conducteur intrinsèque. Par exemple, si 10 atomes de bore sont inclus dans un million d'atomes de silicium, cette proportion augmente la conductivité du composé mille fois, par rapport à la conductivité du silicium dans un état pur.
• La conductivité des semi-conducteurs varie dans un intervalle entre 1 et 10^-6 S.cm^-1, Selon le type d'élément chimique utilisé.
• Les semi-conducteurs composites ou extrinsèques peuvent présenter des propriétés optiques et électriques considérablement plus élevées que les propriétés des semi-conducteurs intrinsèques. Un exemple de cet aspect est Gallium arseniuro (GaAs), un principalement utilisé en radiofréquence et dans d'autres utilisations des applications optoléclées.

Applications de semi-conducteurs

Appareils

Les semi-conducteurs sont présents dans des appareils électroniques que nous utilisons dans notre vie quotidienne, en tant qu'équipements de ligne brun tels que les téléviseurs, les lecteurs vidéo, l'équipement sonore; ordinateurs et téléphones portables.

Peut vous servir: programmation dynamique: caractéristiques, exemple, avantages, inconvénients

électronique

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

Les transistors sont l'un des principaux éléments d'un circuit intégré. Ces appareils remplissent la fonction de fournir un signal de sortie (oscillatoire, amplifié ou corrigé) selon un signal d'entrée spécifique.

Diodes de circuit électronique

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

Pour la conception des diodes, la gomme de semi-conducteurs extrinsèques de type P et de type n se forment. Lors de l'alternance des porteurs et des donateurs d'électrons, un mécanisme d'équilibre entre les deux zones est activé.

Ainsi, les électrons et les trous des deux zones sont intégrés et complétés si nécessaire. Cela se produit de deux manières:

• Le transfert d'électrons de la zone N de type N se produit. La zone N obtient une zone de charge principalement positive.
• Une étape des porteurs d'électrons de la zone P P à la zone de type N est présentée. La zone P acquiert une charge principalement négative.

Enfin, un champ électrique est constitué qui induit la circulation du courant dans un sens; c'est-à-dire de la zone n à la zone p.

Autres appareils

De plus, lorsque vous utilisez des combinaisons de semi-conducteurs intrinsèques et extrinsèques.

Ce type d'applications s'applique dans des circuits intégrés tels que les puces de microprocessement qui couvrent une quantité considérable d'électricité.

Exemples de semi-conducteurs

Silicium

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

Alliages allemando et silicium

Les alliages Germanio et Silicio (SIGE) sont utilisés dans des circuits intégrés à grande vitesse pour les radars et les amplificateurs d'instruments électriques, tels que les guitares électriques.

Gallium arseniuro

Un autre exemple de semi-conducteur est le gallium arseniuro (GaaS), largement utilisé dans les amplificateurs de signaux, en particulier un gain élevé et des signaux de bruit faibles.