Athénée Royal de Pepinster. Electrotechnique. La jonction PN

Transcription

1 Rappel : - On appelle dopage l opération qui consiste à introduire des impuretés dans un réseau cristallin. - Chaque atome d impureté crée un porteur. Il en résulte une diminution de la résistivité du semi-conducteur : plus le semiconducteur est dopé et plus sa résistivité diminue. - Les semi-conducteurs intrinsèques servent à fabriquer par dopage des semi-conducteurs extrinsèques de type P et N. Imaginez un bloc de silicium dont le premier côté est dopé selon le type P, et le second côté selon le type N, à part égales. Il se forme donc une frontière entre la partie P et la partie N. Observez donc l illustration ci-dessous. -1-

2 Il subsiste bien entendu des électrons dans la partie P et des trous dans la partie N, mais ils sont très minoritaires et simplement générés par la chaleur. Notez que la charge des deux parties est neutre. Il y a donc autant de protons que d électrons. Les électrons se propagent à présent à travers la frontière, vers le côté P. Comme la charge était neutre avant ce phénomène, il résulte des charges positives dans la partie N, car il y a moins d électrons. Du côté P, il en résulte des charges négatives, à cause de l arrivée des électrons. La zone dans laquelle ces charges sont présentes est appelée «région d appauvrissement». Elle est illustrée ci-dessous. Cette diffusion s arrête lorsque la somme des charges négatives empêche les électrons de passer la jonction. Ce phénomène est désigné sous le nom de «barrière de potentiel». Pour passer cette barrière, les électrons ont besoin d un apport extérieur d énergie. On fournit cette énergie par une source de tension. La tension nécessaire pour passer la barrière de potentiel est de 0,7V pour le silicium et 0,3V pour le germanium. -2-

3 Polarisation directe : En polarisation directe, la borne négative doit être connectée à la région N. La borne positive est connectée à la région P, comme illustré. Si la tension est plus grande que 0,7 V (pour le silicium), les électrons passent la jonction. Une fois dans la partie P, ils se recombinent avec les trous et deviennent des électrons de valence. Comme ils sont attirés par la borne positive, ils se déplacent de trou en trou jusqu à celle-ci. Les trous sont donc toujours disponibles pour les électrons suivants et sont donc toujours disponibles. Cette configuration est appelée «polarisation directe», car elle permet le passage du courant provenant de l alimentation. Notez que la région d appauvrissement est fortement amincie lors de la polarisation directe. On dit qu une jonction est polarisée en sens direct lorsque le potentiel de l extrémité P est rendu supérieur au potentiel de l extrémité N. Autrement dit, on applique du «-» sur le N et du «+» sur le P. -3-

4 Polarisation inverse : En polarisation inverse, la borne positive est connectée à la région N. La borne négative se trouve connectée à la région P. Les électrons libres sont alors attirés vers la borne positive. Les trous sont attirés vers la borne négative, comme le montre l illustration ci-dessous. Dans cette situation, le passage d un courant est impossible. Toutefois, il subsiste un courant inverse extrêmement faible. Celui-ci provient des paires électron - trou générées par la chaleur. Ce courant est si infime qu il est systématiquement négligé. Notez qu en polarisation inverse, la région d appauvrissement est considérablement élargie. On dit qu une jonction est polarisée en sens inverse lorsque le potentiel de l extrémité N est rendu supérieur au potentiel de l extrémité P. Autrement dit, on applique du «-» sur le P et du «+» sur le N. -4-

5 Graphique des courants et tensions en polarisation directe : En polarisation directe, le courant demeure très faible tant que le seuil des 0,7V n est pas franchi. Si la tension aux bornes de la jonction est supérieure à 0,7V, il y a donc un courant qui est créé. Celui augmente très fortement lorsque nous augmentons la tension de polarisation, même faiblement. C est ces caractéristiques que montre le graphique ci-dessous. L axe X représente la tension, l axe Y le courant. -5-

6 Graphique des courants et tensions en polarisation inverse : En polarisation inverse, le courant demeure très faible tant que la tension de claquage n est pas atteinte. Cette tension est le seuil à partir duquel le courant est trop intense et détruit la structure de la jonction. Celle-ci ne doit donc jamais être utilisée au-delà de la tension de claquage. Un graphique résumant ces explications est donné ci-dessous. -6-