Les diodes. Pascal MASSON. École Polytechnique Universitaire de Nice Sophia-Antipolis Cycle Initial Polytechnique

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1 École Polytechnique Universitaire de Nice Sophia-Antipolis Cycle Initial Polytechnique 1645 route des Lucioles, 641 BIOT 1

2 Sommaire I. Historique. 3 II. III. IV. La diode. PN : caractéristique 7 La diode. 12 PN : applications La diode. 3 PN : modélisation V. La diode. 67 Zener VI. VII. Effet photoélectrique. 73 : absorption Effet photoélectrique. 85 : émission 2

3 I. Historique I.1. Définition La diode est un élément qui ne laisse passer le courant que dans un sens La diode à semi-conducteur présente aussi des propriétés photoélectriques LED Solaire Photosensible Laser OLED 3

4 I. Historique I.2. Histoire de la diode à semi-conducteur 1874 : effet découvert sur de la galène par Ferdinand BRAUN (24 ans) : dépôt d un brevet par Jagadis Chandra BOSE pour l utilisation de la galène avec contact métallique comme détecteur d ondes électromagnétiques. 194 : découverte de la diode PN par Russell OHL. Remarque : le transistor bipolaire a été découvert en 1948 par William SHOCKLEY

5 I.3. Histoire de la diode à tube I. Historique 1879 : invention de la lampe par thomas EDISON : découvert de l effet thermoïonique par Frederick GUTHRIE. Cet effet est redécouvert par Thomas EDISON en 188 (puis breveté en 1883) : John Ambrose FLEMING brevette la diode à vide

6 I.3. Histoire de la diode à tube Fonctionnement I. Historique vide filament 6

7 II. La diode PN : caractéristique II.1. Définition de la jonction PN Une jonction P-N est créée en juxtaposant un semi-conducteur dopé N (les électrons sont majoritaires) avec un semi-conducteur dopé P (les trous sont majoritaires). II.2. Représentation anode anneau de repérage P N cathode 7

8 II. La diode PN : caractéristique II.3. Caractéristique idéale On applique une rampe de tension au circuit composé d une diode et d une résistance (R = 1 Ω). E G (V) 1 1 (V) 1 t E G R V R 1 t (ma) 1 E G = + V R t 8

9 II. La diode PN : caractéristique II.3. Caractéristique idéale (ma) On applique une rampe de 1 tension au circuit composé d une diode et d une 1 1 (V) résistance (R = 1 Ω). (V) 1 1 E G R V R 1 t (ma) 1 E G = + V R t 9

10 II.4. Caractéristique réelle Existence d une tension de seuil, V S, dont la valeur dépend du semiconducteur utilisé et de ses dopages. Existence d une résistance interne à la diode, R D (en série avec la diode idéale). Existence d un phénomène d avalanche en inverse qui conduit à la destruction de la diode. II. La diode PN : caractéristique (ma) V S (V) inverse directe 1 1

11 II. La diode PN : caractéristique II.4. Caractéristique réelle Tension de seuil. Résistance série, R D. (V) 1 1 inverse (ma) V S (V) directe E G R V R V S 1 t (ma) 1 E G = + V R t 11

12 III. La diode PN : application III.1. Redressement mono alternance Transformation d une tension alternative en provenance d EDF (par exemple) en tension continue. EDF transformateur E G quadripôle V R système télé, HiFi, PC, portable E G (V) V Q (V) V R (V) t t t 12

13 III. La diode PN : application III.1. Redressement mono alternance Récupération de l alternance positive R L représente la résistance d entrée du système que l on alimente. E G (V) V S t (V) système V S t V R (V) E G V R R L t 13

14 III. La diode PN : application III.1. Redressement mono alternance Récupération de l alternance positive R L représente la résistance d entrée du système que l on alimente. Transformation en tension continue Ajout d une capacité en parallèle avec l entrée du système. V R (V) système E G C V R R L t 14

15 III. La diode PN : application III.2. Redressement double alternance Un récupère l alternance négative et donc son énergie. EDF transformateur E G quadripôle V R système télé, HiFi, PC, portable E G (V) V Q (V) V R (V) t t t 15

16 III. La diode PN : application III.2. Redressement double alternance Alternance positive 2 V S E G (V) t E G V R (V) système C V R R L t 16

17 III. La diode PN : application III.2. Redressement double alternance Exemples de pont de diodes 1,5 A - 8 V 1,5 A - 1 V Alimentation train électrique 1 A - 8 V 5 A - 1 V 35 A - 2 V 5 A - 6 V Alimentation à découpage 17

18 III.3. Pompe de charges III. La diode PN : application Les cartes à puces, étiquettes électroniques, des lecteurs MP3, téléphones portables, appareils photos et d une manière générale les circuits intégrés montés sur des supports portables embarquent des mémoires EEPROM et Flash. Ces mémoires permettent de stocker des données (code, photos, mots de passe ) de façon permanente. Flash pompe La programmation nécessite des tensions typiquement de l'ordre de 15 à 2 V alors que la tension d'alimentation d'un circuit intégré n'est que de l'ordre EEPROM de 3 à 5 V. Il faut donc intégré des survolteurs qui dans ce cas seront des pompes de charges. 18

19 III. La diode PN : application III.3. Pompe de charges Le doubleur de tension On suppose : V S = et C 1 = C 2 Etat initial : C 1 et C 2 déchargées D E G (V) 2 D V A (V) t D D C 1 D 1 D 2 2 D V R (V) t E G V A C 2 V R D t 19

20 III.4. Récepteur radio Modulation d amplitude III. La diode PN : application Porteuse (V) t information (V) t émission (V) t Une porteuse (sinusoïde à une certaine fréquence) et modulée en amplitude par le signal information (morse, musique ) A porteuse porteuse signal signal F P F P2 F 2

21 III.4. Récepteur radio Modulation d amplitude (AM) III. La diode PN : application Porteuse (V) t information (V) t émission (V) t Une porteuse (sinusoïde à une certaine fréquence) et modulée en amplitude par le signal information (morse, musique ) Démodulation d amplitude réception (V) t Détection (V) t Filtrage (V) t 21

22 III. La diode PN : application III.4. Récepteur radio Le poste à Galène Récepteur radio qui ne nécessite pas d alimentation. L antenne reçoit toutes les fréquences. A F P F P2 F V e porteuse F P2 antenne t V e terre écouteur 22

23 III. La diode PN : application III.4. Récepteur radio Le poste à Galène Récepteur radio qui ne nécessite pas d alimentation. L antenne reçoit toutes les fréquences. A F P F P2 F V e porteuse F P2 antenne t V e terre écouteur 23

24 III.5. La logique à diode III. La diode PN : application Les circuits logiques constituent plus de 9 % des circuits intégrés que nous utilisons au quotidien. Bien qu ils soient réalisés à partir de transistors MOS (Métal Oxyde Semi-conducteur), on peut utiliser des diodes pour obtenir les fonctions de base. Exemple : la porte OU A B D 1 D 2 A B S R S 24

25 III.6. Double alimentation III. La diode PN : application Lorsque l alimentation est présente, la LED est alimentée par le pont de diodes. EDF transformateur E G C 12 V R 13 V 25

26 III.7. Diode de protection III. La diode PN : application Protection contre une inversion de polarité Pour protéger un système contre les inversions de polarité, il suffit de placer une diode entre l alimentation et le système. Si l alimentation est bien raccordée, le système fonctionne. Attention à la chute de tension du au seuil de la diode. Si l alimentation est mal raccordée, la diode bloque le courant et le système n est pas détruit. 26

27 III.7. Diode de protection III. La diode PN : application Protection de circuits intégrés Il faut prendre certaines précautions pour manipuler des circuits intégrés (CI). L électricité statique détruit des transistors MOS. 27

28 III.7. Diode de protection III. La diode PN : application Protection de circuits intégrés Il faut prendre certaines précautions pour manipuler des circuits intégrés (CI). L électricité statique détruit des transistors MOS. Insertion d une diode (de grande dimension) sur les plots d entrée/sortie des CI. Pad Pad Masse N N Wafer P 28

29 III.7. Diode de roue libre III. La diode PN : application La diode de roue libre sert à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine. On prend ici pour exemple la commande d un relais. A = V, le TMOS est un circuit ouvert. A = D V, le TMOS est un circuit fermé : un courant circule dans la bobine et basculement du relais. La diode est bloquée. A = V, la diode devient passante pour évacuer l énergie de la bobine. D diode bobine L relais A V TMOS Commande d un relais Alimentation à découpage 29

30 IV. La diode PN : modélisation IV.1. Approche classique Expression du courant Il est fréquent de modéliser le courant d une diode par cette équation : ID qv = I. exp D S 1 kt inverse V S directe I S (A) : dépend des paramètres technologiques de la diode q (C) : valeur absolue de la charge de l électron (1, C) k (J.K 1 ) : constante de Bolztmann (1, J.K 1 ) T (K) : température ( C = 273,15 K) Simplifications Si >> q/kt : = 3

31 IV. La diode PN : modélisation IV.2. Approche résistive Expression du courant L expression du courant ne fait intervenir que deux paramètres : ID ID 1 = RD = ( V V ) D S si si VD VD > VS VS inverse V S directe V S (V) : tension de seuil de la diode R D (Ω) : résistance série de la diode Détermination de la résistance série RD = dvd did = VD ID V S 31

32 IV.3. Modèle physique Formation de la diode PN IV. La diode PN : modélisation P N NEUTRE NEUTRE charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 32

33 IV.3. Modèle physique Formation de la diode PN IV. La diode PN : modélisation P N charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 33

34 IV.3. Modèle physique Formation de la diode PN IV. La diode PN : modélisation P N charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 34

35 IV.3. Modèle physique Formation de la diode PN IV. La diode PN : modélisation P N charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 35

36 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Formation de la diode PN ξ P N charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 36

37 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Formation de la diode PN ξ P N charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 37

38 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Formation de la diode PN ξ P N charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 38

39 IV. La diode PN : modélisation IV.3. Modèle physique Fonctionnement idéal de la diode PN Existence d un champs électrique, ξ, interne à la diode Courant : qv I = I. exp D D S 1 1 < η < 2 ηkt ξ anode P N cathode 39

40 IV. La diode PN : modélisation IV.3. Modèle physique Fonctionnement idéal de la diode PN Existence d un champs électrique, ξ, interne à la diode Courant : ID qv = I. exp D S 1 ηkt 1 < η < 2 V S Si = alors = ξ ln P N V S 4

41 IV. La diode PN : modélisation IV.3. Modèle physique Fonctionnement idéal de la diode PN Existence d un champs électrique, ξ, interne à la diode Courant : qv I = I. exp D D S 1 1 < η < 2 ηkt V S Si = alors = > : diminution du ξ ξ ln P N diffusion V S 41

42 IV. La diode PN : modélisation IV.3. Modèle physique Fonctionnement idéal de la diode PN Existence d un champs électrique, ξ, interne à la diode Courant : qv I = I. exp D D S 1 1 < η < 2 ηkt V S Si = alors = > : diminution du ξ < : augmentation du ξ ξ ln P N diffusion ln I S diffusion V S 42

43 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN proche de V S : prise en compte de R S ID ( V R.I ) q = I. exp D S D S 1 ηkt 1 < η < 2 V S ξ ln forte injection P N diffusion ln I S diffusion V S 43

44 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN proche de V S : prise en compte de R S En inverse : courant de génération (électrons-trous) V S ( W,T, ) I GR = f ξ ln forte injection P N diffusion ln I S diffusion V S 44

45 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN proche de V S : prise en compte de R S En inverse : courant de génération (électrons-trous) V S ( W,T, ) I GR = f ξ ln forte injection P N diffusion génération W ln I S diffusion V S 45

46 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN proche de V S : prise en compte de R S En inverse : courant de génération (électrons-trous) En directe : courant de recombinaison V S ( W,T, ) I GR = f ξ ln forte injection P N diffusion génération recombinaison ln I S diffusion V S 46

47 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN proche de V S : prise en compte de R S En inverse : courant de génération (électrons-trous) En directe : courant de recombinaison En inverse : courant d avalanche ( W,T, ) I Av = f ξ ln V S forte injection P N diffusion W génération diffusion recombinaison ln I S V S 47

48 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN proche de V S : prise en compte de R S En inverse : courant de génération (électrons-trous) En directe : courant de recombinaison En inverse : courant d avalanche ( W,T, ) I Av = f ξ ln V S forte injection P N diffusion W génération diffusion recombinaison ln I S V S 48

49 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN proche de V S : prise en compte de R S En inverse : courant de génération (électrons-trous) En directe : courant de recombinaison En inverse : courant d avalanche ( W,T, ) I Av = f ξ ln V S forte injection P N diffusion W génération diffusion recombinaison ln I S V S 49

50 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN proche de V S : prise en compte de R S En inverse : courant de génération (électrons-trous) En directe : courant de recombinaison En inverse : courant d avalanche ( W,T, ) I Av = f ξ ln V S forte injection P N diffusion W génération diffusion recombinaison ln I S V S 5

51 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN proche de V S : prise en compte de R S En inverse : courant de génération (électrons-trous) En directe : courant de recombinaison En inverse : courant d avalanche ( W,T, ) I Av = f ξ ln V S forte injection P N avalanche diffusion W génération diffusion recombinaison ln I S V S 51

52 IV.3. Modèle physique IV. La diode PN : modélisation Fonctionnement réel de la diode PN diode idéale + R S + génération / recombinaison V S + avalanche ( V R.I ) q D S D = IS. exp 1 + IGR + kt η IAv ln forte injection I Av I GR avalanche diffusion idéale génération R S recombinaison ln I S diffusion V S 52

53 IV. La diode PN : modélisation IV.4. Comportement capacitif Une variation implique une variation Q ξ P N Q + Q charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 53

54 IV. La diode PN : modélisation IV.4. Comportement capacitif Une variation implique une variation Q ξ > P N Q + Q charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 54

55 IV. La diode PN : modélisation IV.4. Comportement capacitif Une variation implique une variation Q > P zone neutre? zone neutre? ξ N Q + Q charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 55

56 IV. La diode PN : modélisation IV.4. Comportement capacitif Une variation implique une variation Q : courant transitoire > ξ P N Q + Q charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 56

57 IV. La diode PN : modélisation IV.4. Comportement capacitif Une variation implique une variation Q : courant transitoire La diode a aussi un comportement capacitif : Q C = V ξ D > P N Q + Q charge fixe négative charge fixe positive trou (charge > ) électron (charge < ) 57

58 IV. La diode PN : modélisation IV.4. Comportement capacitif Une variation implique une variation Q : courant transitoire La diode a aussi un comportement capacitif : Q C = C I Av C I GR idéale R S V S Cette effet capacitif est avantageusement utilisée avec les diodes varicap dans les circuits d accord des récepteurs radios et des téléviseurs. 58

59 IV. La diode PN : modélisation IV.5. La diode en commutation Mouvement des électrons et des trous Initialement la diode est polarisée en direct : >, > ξ P N 59

60 IV. La diode PN : modélisation IV.5. La diode en commutation Mouvement des électrons et des trous Initialement la diode est polarisée en direct : >, > On polarise brusquement la diode en inverse : <, < ξ P N 6

61 IV. La diode PN : modélisation IV.5. La diode en commutation Mouvement des électrons et des trous Initialement la diode est polarisée en direct : >, > On polarise brusquement la diode en inverse : <, < ξ P N 61

62 IV. La diode PN : modélisation IV.5. La diode en commutation Mouvement des électrons et des trous Initialement la diode est polarisée en direct : >, > On polarise brusquement la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuation des électrons (zone P) et des trous (zone N) ξ P N 62

63 IV. La diode PN : modélisation IV.5. La diode en commutation Mouvement des électrons et des trous Initialement la diode est polarisée en direct : >, > On polarise brusquement la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuation des électrons (zone P) et des trous (zone N) ξ P N 63

64 IV. La diode PN : modélisation IV.5. La diode en commutation Mouvement des électrons et des trous Initialement la diode est polarisée en direct : >, > On polarise brusquement la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuation des électrons (zone P) et des trous (zone N) Phase 2 : élargissement de la zone désertée ξ P N 64

65 IV. La diode PN : modélisation IV.5. La diode en commutation Mouvement des électrons et des trous Initialement la diode est polarisée en direct : >, > On polarise brusquement la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuation des électrons (zone P) et des trous (zone N) Phase 2 : élargissement de la zone désertée ξ P N 65

66 IV. La diode PN : modélisation IV.5. La diode en commutation Mouvement des électrons et des trous Initialement la diode est polarisée en direct : >, > On polarise brusquement la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuation des électrons (zone P) et des trous (zone N) Phase 2 : élargissement de la zone désertée Si la fréquence de commutation de est trop élevée alors la diode est toujours passante!!!!! Phase 1 Phase 2 t 1 t t 1 t 66

67 V.1. Définition de la zener V. La diode zener Une diode zener est une jonction P-N dont la fabrication permet son utilisation en régime d avalanche ou tunnel : Très forte variation de courant pour une très faible variation de tension L effet Zener a été découvert par Clarence ZENER ( ) V.2. Représentation(s) anode V S V Z N P diode zener cathode 67

68 V. La diode zener V.3. Effet zener Lorsque le champs électrique est très fort et que la largueur de la ZCE est très faible : Des électrons de la zone P en frontière de la ZCE peuvent être arrachés au réseau cristallin On obtient des tensions de ruptures qui vont de 2 à 2 V ξ P N 68

69 V.4. Caractéristique en courant V. La diode zener La caractéristique ( ) résulte de l effet d avalanche et/ou de l effet zener V Z < 5 V : effet zener ξ zener zener avalanche avalanche P N W 5 V 1 V 69

70 V.4. Caractéristique en courant V. La diode zener La caractéristique ( ) résulte de l effet d avalanche et/ou de l effet zener V Z < 5 V : effet zener 5 V < V Z < 1 V : effet zener + effet d avalanche ξ zener zener avalanche avalanche P N W 5 V 1 V 7

71 V.4. Caractéristique en courant V. La diode zener La caractéristique ( ) résulte de l effet d avalanche et/ou de l effet zener V Z < 5 V : effet zener 5 V < V Z < 1 V : effet zener + effet d avalanche V Z > 1 V : effet d avalanche ξ zener zener avalanche avalanche P N W 5 V 1 V 71

72 V. La diode zener V.5. Application Stabilisateur de tension Le but ici est de supprimer l ondulation résiduelle après le filtrage capacitif. La tension de rupture (V Z ) est la tension que l on souhaite avoir sur la charge. V R, V L (V) V Z V R (A) t(s) système R V R V L R L (V) V Z 72

73 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.1. Phénomène physique Modification de la caractéristique courant-tension Des photons ayant une énergie suffisante (hν) peuvent générer des paires électron-trou. ξ P N V S W 73

74 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.1. Phénomène physique Modification de la caractéristique courant-tension Des photons ayant une énergie suffisante (hν) peuvent générer des paires électron-trou. Si génération dans la ZCE : augmentation du courant inverse. La diode se comporte comme un générateur : positif et négatif. Existence d un couple (, ) qui donne une puissance maximale. P 74

75 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.1. Phénomène physique Absorption dans le silicium L énergie minimale des photons pour créer des paires électron-trou dépend du type de semi-conducteur. Rouge Violet Infra-Rouge Cd x Hg 1-x Te CdSe AlAs Visible Ultra-Violet InSb Ge Si GaAs GaP CdS SiC GaNZnS E G l (µm) 1 3 1,5 1,65,5,35 (ev) 75

76 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.1. Phénomène physique Absorption dans le silicium L énergie minimale des photons pour créer des paires électron-trou dépend du type de semi-conducteur. Réponse relative 1,,8 silicium,6,4,2,,2,4,6,8 1, 1,2 Longueur d onde (µm) 76

77 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.1. Phénomène physique Absorption dans le silicium Les photons ont une certaine distance de pénétration dans le semiconducteur. Nombre de photon λ Semi-conducteur x 77

78 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.2. Applications : cellules photovoltaïques (panneau solaire) Présentation Elles permettent d amener de l électricité dans des endroits reculés Elles commencent à être rentable pour de la production de masse 78

79 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.2. Applications : cellules photovoltaïques (panneau solaire) Fabrication du silicium poly-cristallin (source : 79

80 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.2. Applications : cellules photovoltaïques (panneau solaire) Fabrication du silicium mono-cristallin 8

81 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.2. Applications : cellules photovoltaïques (panneau solaire) Rendement des cellules (source : Systèmes Solaires, juillet 26) Rendement Type Cellule (en labo) Module (en labo) Module (commerciale) Niveau de développement 1 ere génération 3 ème génération 2 ème génération Si monocristallin 24,7 % 22,7 % 12-2 % Production industrielle Si polycristallin 2,3 % 16,2 % % Production industrielle Si amorphe 13,4 % 1,4 % 5-9 % Production industrielle Si cristallin en couche mince 9,4 % 7 % Production industrielle CIS 19,3 % 13,5 % 9-11 % Production industrielle CdTe 16,7 % 6-9 % Cellule organique 5,7 % Recherche Cellule organique 11 % 8,4 % Recherche Prêt pour la production Cellule multi-jonctions 39 % 25-3 % Recherche (spatiales) 81

82 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.2. Applications : pixel Principe de fonctionnement On polarise la diode en inverse à E G et on déconnecte le générateur. La capacité parasite de la diode se décharge avec le courant inverse. Le courant inverse augmente avec l éclairement. hν I P V P Φ 2 > Φ 1 Φ 1 > Φ Φ = E G V P I P Oscilloscope E G Φ = E G V P Φ 1 > Φ Φ 2 > Φ 1 t 82

83 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.2. Applications : pixel Détection de la couleur Chaque diode est couverte d un filtre bleu, rouge ou vert hν I P E G V P 83

84 VI. Effet photoélectrique : absorption VI.2. Applications : pixel Exemples de matrice Exemples d utilisation 84

85 VII. Effet photoélectrique : émission VII.1. Phénomène physique La diode est polarisée en direct : les porteurs majoritaires traversent la ZCE, et deviennent minoritaires Un trou peut se recombiner avec un électron : émission d un photon. L énergie du photon dépend du semi-conducteur. Tous les semi-conducteurs n émettent pas de photons. Ajout d atomes parasites : recombinaison intermédiaire hν ξ P N V S 85

86 VII. Effet photoélectrique : émission VII.2. Application : diode électroluminescente (LED) Les types de LED et utilisations 11,6 m 2, LED 86

87 VII. Effet photoélectrique : émission VII.2. Application : diode électroluminescente (LED) L opto-coupleur Il sert à transmettre une information entre deux circuits électroniques isolés électriquement. E G V E D t t quadripôle opto-coupleur D quadripôle R S V S V E R E E G masse 1 masse 2 87

88 VII. Effet photoélectrique : émission VII.3. Quelques chiffres sur les LED LED classique LED haute luminosité LED de puissance Puissance consommée Puissance lumineuse Applications 3 à 2 mw 3 à 2 mw 1 à 5 W <,1 lm,1 à 1 lm 15 à 75 lm Témoins lumineux Eclairage d appoints Lampe de poche Eclairage monochrome Incandescence Halogène Lampe Fluo-compactes LED Blanches Efficacité lumineuse 5 à 2 Lm/W 1 à 26 Lm/W 5 à 7 Lm/W 15 à 1 Lm/W Durée de vie 1 h 4 h 2 h 1 h 88

89 VII. Effet photoélectrique : émission VII.3. Quelques chiffres sur les LED Couleur Longueur d onde (µm) Tension de seuil (V) Semi-conducteur InfraRouge λ > 76 V S < 1,63 arseniure de gallium-aluminium (AlGaAs) Rouge 61 < λ < 76 1,63 < V S < 2,3 arseniure de gallium-aluminium (AlGaAs) phospho-arseniure de gallium (GaAsP) Orange 59 < λ < 61 1,63 < V S < 2,3 phospho-arseniure de gallium (GaAsP) Jaune 57 < λ < 59 2,1 < V S < 2,18 phospho-arseniure de gallium (GaAsP) Vert 5 < λ < 57 2,18 < V S < 2,48 nitrure de gallium (GaN) phosphure de gallium (GaP) Bleu 45 < λ < 5 2,48 < V S < 2,76 séleniure de zinc (ZnSe) nitrure de gallium/indium (InGaN) carbure de silicium (SiC) 89

90 VII.5. Diode laser VII. Effet photoélectrique : émission Phénomène physique La diode laser est une hétérojonction : empilement de semi-conducteurs différents. Les électrons sont confinés dans un puits quantique : même énergie. L émission de photons provient de la recombinaison électron-trou. La longueur d onde des photons dépend du semi-conducteur. hν ξ P N confinement 9

91 VII. Effet photoélectrique : émission VII.5. Diode laser Exemples d utilisation 91