La diode à jonction : principes physiques
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- Micheline St-Pierre
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1 Enseignes et afficheurs à LED La diode à jonction : principes physiques Prof. Alain Tiedeu
2 La diode à jonction : principes physiques Modèle de Bohr Niveaux d'énergie Semi-conducteurs intrinsèques Dopage N et P Jonction PN La diode à jonction
3 Modèle simplifié de l atome : modèle de Bohr Noyau central Électrons sur trajectoires circulaires formant des couches autour du noyau Nombre maximal d électrons sur une couche de numéro n = 2n 2 Distribution des électrons de l intérieur vers l extérieur (n croissant) Couche la plus externe est appelée couche de valence. Elle contient les électrons qui participent aux liaisons Si électron quitte l atome et devient libre, il passe dans la couche de conduction
4 Modèle de Bohr : niveaux d'énergie Couche n correspond à un niveau d énergie E n Un électron passe d un niveau d énergie inférieur à un niveau d énergie supérieur en recevant de l énergie Il fait l inverse en émettant de l énergie Énergie émise ou énergie reçue est égale à la différence d énergie entre les 2 niveaux Énergie peut être émise par l électron ou donnée à l électron sous plusieurs formes
5 Semi-conducteur intrinsèque Elément de la colonne IV du tableau de classification périodique des éléments Intrinsèque = à l état «pur» 4 électrons de valence
6 Semi-conducteur intrinsèque Elément de la colonne IV du tableau de classification périodique des éléments Intrinsèque = à l état «pur» 4 électrons de valence Dans le cristal, les 4 électrons sont engagés dans des liaisons covalentes avec les 4 voisins Il n y a donc pas d électron libre et par conséquent pas de courant électrique
7 Conduction intrinsèque Communiquer de l énergie à l atome par un moyen quelconque (lumière, élévation de la température, etc ) Électrons de couche de valence s en échappent, passent dans la couche de conduction et deviennent libres Leur départ laisse une charge positive de même valeur absolue appelée trou Une paire électron-trou libre est née! Charges positives et négatives se déplacent et créent un courant électrique dans le cristal Nombre de paires électron-trou : par atome (très faible)
8 Semi-conducteur dopé de type N Injecter un élément de valence 5 en faible quantité (10-6 par atome) Le cristal est dopé N Surplus d électrons : certains sont d office libres (10-6 /atome) Paires électron-trou libres également présents Conduction dans 1 atome de cristal assurée par : trous (conduction intrinsèque) électrons (conduction intrinsèque) 10-6 électrons (conduction extrinsèque) Conduction extrinsèque largement dominante!
9 Semi-conducteur dopé de type P Injecter un élément de valence 3 en faible quantité (10-6 par atome) Le cristal est dopé P Surplus de trous : certains sont d office libres (10-6 /atome) Paires électron-trou libres également présents Conduction dans 1 atome de cristal assurée par : trous (conduction intrinsèque) électrons (conduction intrinsèque) 10-6 trous (conduction extrinsèque) Conduction extrinsèque largement dominante!
10 Jonction PN Mise en contact de semi-conducteurs dopés P et N Porteurs de charges de natures différentes s attirent Diffusion de porteurs de charges Neutralisation mutuelle Zones de déplétion Champ électrique (barrière de potentiel) Champ opposé au passage des porteurs majoritaires MAIS : favorise le passage des porteurs minoritaires
11 La diode à jonction Lorsqu on soumet la jonction PN à une différence de potentiel, on réalise une diode à jonction Caractéristique de la diode
12 Caractéristique de la diode à jonction Caractéristique c est la relation entre le courant qui traverse la diode et la tension à ses bornes Par application à la jonction de : L équation fondamentale de la dynamique La loi de conservation de l énergie La relation On obtient l équation différentielle qui régit le courant La résolution de l équation donne :
13 Caractéristique de la diode à jonction Avec la partie négative :
14 Caractéristique de la diode à jonction Réaliser le circuit ci-contre : Relever dans un tableau la valeur de I pour chaque valeur de U Tracer Commentaires : Allure semblable à celle de la courbe théorique Points particuliers: Vz, Us, Uo Notions de Passante et Non passante
15 La diode à jonction : principes physiques Modèle de Bohr Niveaux d'énergie Semi-conducteurs intrinsèques Dopage N et P Jonction PN La diode à jonction
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