Selon la valeur de la résistivité électrique semi-conducteurs occuper lieu intermédiaire entre les conducteurs et les diélectriques. Les semi-conducteurs comprennent de nombreux éléments chimiques (germanium, silicium, sélénium, tellure, arsenic, etc.), un grand nombre d'alliages et de composés chimiques.

La différence qualitative entre les semi-conducteurs et les métaux se manifeste principalement dans la dépendance de la résistivité à la température. Lorsque la température diminue, la résistance des métaux diminue. Dans les semi-conducteurs, au contraire, lorsque la température diminue, la résistance augmente et près du zéro absolu, ils deviennent pratiquement des isolants.

Résistivité ρ d'un semi-conducteur pur en fonction de la température absolue J.

Semi-conducteurssont appelés substances dont la résistivité diminue avec l'augmentation de la température.

Un tel comportement de la dépendance ρ(J) montre que la concentration de porteurs de charge libres dans les semi-conducteurs ne reste pas constante, mais augmente avec l'augmentation de la température. Le mécanisme du courant électrique dans les semi-conducteurs ne peut pas être expliqué dans le modèle de gaz à électrons libres. Une explication des phénomènes observés dans les conducteurs est possible sur la base des lois de la mécanique quantique. Considérons qualitativement le mécanisme du courant électrique dans les semi-conducteurs en utilisant le germanium (Ge) comme exemple.

Les atomes de germanium ont quatre électrons faiblement liés dans leur enveloppe externe. Elles sont appelées électrons de valence. Dans un réseau cristallin, chaque atome est entouré de quatre plus proches voisins. La liaison entre les atomes dans un cristal de germanium est covalent, c'est-à-dire effectué par des paires d'électrons de valence. Chaque électron de valence appartient à deux atomes.

Les électrons de valence dans un cristal de germanium sont beaucoup plus fortement liés aux atomes que dans les métaux; par conséquent, la concentration d'électrons de conduction à température ambiante dans les semi-conducteurs est inférieure de plusieurs ordres de grandeur à celle des métaux. Près de la température zéro absolu dans un cristal de germanium, tous les électrons sont engagés dans la formation de liaisons. Un tel cristal ne conduit pas l'électricité. À mesure que la température augmente, certains des électrons de valence peuvent acquérir suffisamment d'énergie pour rompre les liaisons covalentes. Alors le cristal auraélectrons libres(électrons de conduction). Dans le même temps, des lacunes non occupées par des électrons se forment aux sites de rupture de liaison.

Les lacunes qui ne sont pas occupées par des électrons sont appelées des trous.

Une place vacante peut être occupée par un électron de valence d'une paire voisine, alors le trou se déplacera vers une nouvelle place dans le cristal. A une température de semi-conducteur donnée, une certaine quantité de paires électron-trou.

Dans le même temps, le processus inverse se produit - lorsqu'un électron libre rencontre un trou, la liaison électronique entre les atomes de germanium est restaurée. Ce processus est appelé recombinaison.

Recombinaison -restauration de la liaison électronique entre les atomes.

Des paires électron-trou peuvent également être produites lorsqu'un semi-conducteur est éclairé en raison de l'énergie du rayonnement électromagnétique.

En l'absence de champ électrique, les électrons de conduction et les trous participent au mouvement thermique chaotique.

Si un semi-conducteur est placé dans un champ électrique, non seulement des électrons libres sont impliqués dans le mouvement ordonné, mais également des trous, qui se comportent comme des particules chargées positivement. Par conséquent, le courant je dans un semi-conducteur est constitué d'une électronique Dans et trou IP courants : je = Dans + IP

Courant électrique dans les semi-conducteursappelé le mouvement dirigé des électrons vers le pôle positif et des trous vers le négatif.

La concentration d'électrons de conduction dans un semi-conducteur est égale à la concentration de trous : n n = np. Le mécanisme de conduction électron-trou ne se manifeste que dans les semi-conducteurs purs (c'est-à-dire sans impuretés). On l'appelle propre conductivité électrique semi-conducteurs.

Propre conductivité électrique semi-conducteurs est appelé le mécanisme de conductivité électron-trou, qui ne se manifeste que dans les semi-conducteurs purs (c'est-à-dire sans impuretés).

En présence d'impuretés, la conductivité électrique des semi-conducteurs change fortement.

conductivité des impuretésappelée la conductivité des semi-conducteurs en présence d'impuretés.

Une condition nécessaire pour une forte diminution de la résistivité d'un semi-conducteur lors de l'introduction d'impuretés est la différence entre la valence des atomes d'impuretés et la valence des atomes principaux du cristal.

Il existe deux types de conduction d'impuretés - électronique et trou conductivité.

1. Conductivité électronique se produit lorsqu'un cristal semi-conducteur est injecté un mélange avec une valence plus élevée.

Par exemple, des atomes d'arsenic pentavalent, As, sont introduits dans un cristal de germanium avec des atomes tétravalents.

La figure montre un atome d'arsenic pentavalent dans un site de réseau de germanium. Les quatre électrons de valence de l'atome d'arsenic sont impliqués dans la formation de liaisons covalentes avec quatre atomes de germanium voisins. Le cinquième électron de valence s'est avéré superflu; il se détache facilement de l'atome d'arsenic et devient libre. Un atome qui a perdu un électron se transforme en un ion positif situé à un endroit du réseau cristallin.

Impureté du donneur- appelée impureté d'atomes dont la valence dépasse la valence des atomes principaux d'un cristal semi-conducteur.

À la suite de son introduction, un nombre important d'électrons libres apparaissent dans le cristal. Cela conduit à une forte diminution de la résistivité du semi-conducteur - par des milliers, voire des millions de fois. La résistivité d'un conducteur à forte teneur en impuretés peut se rapprocher de celle d'un conducteur métallique.

Dans un cristal de germanium avec une impureté d'arsenic, il y a des électrons et des trous responsables de la conductivité intrinsèque du cristal. Mais le principal type de porteurs de charge libres sont les électrons détachés des atomes d'arsenic. Dans un tel cristal n n >> np.

La conductivité dans laquelle la majorité des porteurs de charge libres sont des électrons est appelée électronique.

Un semi-conducteur qui présente une conductivité électronique est appelé semi-conducteur de type n.

1. conduction du trou se produit lorsqu'une impureté avec valence inférieure.

Par exemple, des atomes d'In trivalents sont introduits dans un cristal de germanium.

La figure montre un atome d'indium qui a créé des liaisons covalentes avec seulement trois atomes de germanium voisins en utilisant ses électrons de valence. L'atome d'indium n'a pas d'électron pour former une liaison avec le quatrième atome de germanium. Cet électron manquant peut être capturé par un atome d'indium à partir d'une liaison covalente d'atomes de germanium voisins. Dans ce cas, l'atome d'indium se transforme en un ion négatif situé sur un site du réseau cristallin et une lacune se forme dans la liaison covalente des atomes voisins.

Impureté de l'accepteur -appelé pUn mélange d'atomes avec une valence inférieure à la valence des atomes principaux d'un cristal semi-conducteur capable de capturer des électrons.

Suite à l'introduction d'une impureté acceptrice dans le cristal, de nombreuses liaisons covalentes sont rompues et des sites vacants (trous) se forment. Les électrons peuvent sauter vers ces endroits à partir de liaisons covalentes voisines, ce qui entraîne une errance aléatoire des trous autour du cristal.

La présence d'une impureté acceptrice réduit fortement la résistivité du semi-conducteur du fait de l'apparition d'un grand nombre de trous libres. La concentration de trous dans un semi-conducteur avec une impureté acceptrice dépasse de manière significative la concentration d'électrons qui sont apparus en raison du mécanisme de conductivité électrique intrinsèque du semi-conducteur : np >> n n.

La conductivité dans laquelle les trous sont majoritairement porteurs d'une charge gratuite est appelée conductivité du trou.

Un semi-conducteur à conductivité de trou est appelé semi-conducteur de type p.

Il convient de souligner que la conductivité des trous est en fait due au mouvement des électrons à travers les lacunes d'un atome de germanium à l'autre, qui réalisent une liaison covalente.

La dépendance de la conductivité électrique des semi-conducteurs à la température et à l'éclairage

1. Pour les semi-conducteurs à température croissante la mobilité des électrons et des trous diminue, mais cela ne joue pas un rôle significatif, car lorsque le semi-conducteur est chauffé, la cinétique l'énergie des électrons de valence augmente et les liaisons individuelles se rompent, ce qui entraîne une augmentation du nombre d'électrons libres, c'est-à-dire une augmentation de la conductivité électrique.

1. Lorsqu'il est éclairé semi-conducteur, des porteurs supplémentaires y apparaissent, ce quiconduit à une augmentation de sa conductivité électrique.Cela se produit en raison du fait que la lumière extrait des électrons d'un atome et en même temps le nombre d'électrons et de trous augmente.

Les semi-conducteurs sont une classe de substances dans laquelle, avec l'augmentation de la température, la conductivité augmente et la résistance électrique diminue. Ces semi-conducteurs sont fondamentalement différents des métaux.

Les semi-conducteurs typiques sont des cristaux de germanium et de silicium, dans lesquels les atomes sont unis par une liaison covalente. Les semi-conducteurs ont des électrons libres à n'importe quelle température. Des électrons libres sous l'action d'un champ électrique externe peuvent se déplacer dans le cristal, créant un courant de conduction électronique. Le retrait d'un électron de l'enveloppe externe de l'un des atomes du réseau cristallin entraîne la transformation de cet atome en un ion positif. Cet ion peut être neutralisé en capturant un électron d'un des atomes voisins. De plus, à la suite des transitions des électrons des atomes aux ions positifs, un processus de mouvement chaotique dans le cristal de l'endroit avec l'électron manquant se produit. Extérieurement, ce processus est perçu comme le mouvement d'une charge électrique positive, appelée trou.

Lorsqu'un cristal est placé dans un champ électrique, un mouvement ordonné des trous se produit - un courant de conduction des trous.

Dans un cristal semi-conducteur idéal, un courant électrique est créé par le mouvement d'un nombre égal d'électrons chargés négativement et de trous chargés positivement. La conductivité dans les semi-conducteurs idéaux est appelée conductivité intrinsèque.

Les propriétés des semi-conducteurs dépendent fortement de la teneur en impuretés. Les impuretés sont de deux types - donneur et accepteur.

Les impuretés qui donnent des électrons et créent une conductivité électronique sont appelées donneur(impuretés ayant une valence supérieure à celle du semi-conducteur principal). Les semi-conducteurs dans lesquels la concentration d'électrons dépasse la concentration de trous sont appelés semi-conducteurs de type n.

Les impuretés qui capturent les électrons et créent ainsi des trous mobiles sans augmenter le nombre d'électrons de conduction sont appelées accepteur(impuretés ayant une valence inférieure à celle du semi-conducteur principal).

À basse température, les trous sont les principaux porteurs de courant dans un cristal semi-conducteur avec une impureté acceptrice, et les électrons ne sont pas les principaux porteurs. Les semi-conducteurs dans lesquels la concentration de trous dépasse la concentration d'électrons de conduction sont appelés semi-conducteurs à trous ou semi-conducteurs de type p. Considérons le contact de deux semi-conducteurs avec différents types de conductivité.

La diffusion mutuelle des porteurs majoritaires se produit à travers la limite de ces semi-conducteurs : les électrons diffusent du semi-conducteur n vers le semi-conducteur p et les trous du semi-conducteur p vers le semi-conducteur n. En conséquence, la section du semi-conducteur n adjacente au contact sera appauvrie en électrons et une charge positive en excès s'y formera, en raison de la présence d'ions d'impuretés nues. Le mouvement des trous du semi-conducteur p vers le semi-conducteur n conduit à l'apparition d'une charge négative en excès dans la région limite du semi-conducteur p. En conséquence, une double couche électrique est formée et un champ électrique de contact apparaît, ce qui empêche une diffusion supplémentaire des porteurs de charge principaux. Cette couche est appelée verrouillage.

Un champ électrique externe affecte la conductivité électrique de la couche barrière. Si les semi-conducteurs sont connectés à la source comme indiqué sur la Fig. 55, puis sous l'action d'un champ électrique externe, les principaux porteurs de charge - électrons libres dans le semi-conducteur n et trous dans le semi-conducteur p - vont se déplacer les uns vers les autres jusqu'à l'interface des semi-conducteurs, tandis que l'épaisseur du pn jonction diminue, par conséquent, sa résistance diminue. Dans ce cas, l'intensité du courant est limitée par la résistance externe. Cette direction du champ électrique externe est dite directe. La connexion directe de la jonction p-n correspond à la section 1 sur la caractéristique courant-tension (voir Fig. 57).

Les porteurs de courant électrique dans divers milieux et les caractéristiques courant-tension sont résumés dans le tableau. une.

Si les semi-conducteurs sont connectés à la source comme indiqué sur la Fig. 56, alors les électrons du semi-conducteur n et les trous du semi-conducteur p se déplaceront sous l'action d'un champ électrique externe depuis la frontière dans des directions opposées. L'épaisseur de la couche barrière et donc sa résistance augmentent. Avec cette direction du champ électrique externe - l'inverse (blocage), seuls les porteurs de charge minoritaires traversent l'interface, dont la concentration est bien inférieure à celle des principaux, et le courant est pratiquement nul. L'inclusion inverse de la jonction pn correspond à la section 2 sur la caractéristique courant-tension (Fig. 57).

Dans les semi-conducteurs, il s'agit du mouvement dirigé des trous et des électrons, qui est influencé par un champ électrique.

À la suite des expériences, il a été noté que le courant électrique dans les semi-conducteurs ne s'accompagne pas d'un transfert de matière - ils ne subissent aucune modification chimique. Ainsi, les électrons peuvent être considérés comme des porteurs de courant dans les semi-conducteurs.

La capacité d'un matériau à y former un courant électrique peut être déterminée Selon cet indicateur, les conducteurs occupent une position intermédiaire entre les conducteurs et les diélectriques. Les semi-conducteurs sont divers types de minéraux, certains métaux, des sulfures métalliques, etc. Le courant électrique dans les semi-conducteurs est dû à la concentration d'électrons libres, qui peuvent se déplacer dans une direction dans une substance. En comparant les métaux et les conducteurs, on peut noter qu'il existe une différence entre l'effet de la température sur leur conductivité. Une augmentation de la température entraîne une diminution Dans les semi-conducteurs, l'indice de conductivité augmente. Si la température dans le semi-conducteur augmente, le mouvement des électrons libres sera plus chaotique. Cela est dû à l'augmentation du nombre de collisions. Cependant, dans les semi-conducteurs, par rapport aux métaux, la concentration d'électrons libres augmente considérablement. Ces facteurs ont un effet inverse sur la conductivité : plus il y a de collisions, plus la conductivité est faible, plus la concentration est élevée, plus elle est élevée. Dans les métaux, il n'y a pas de relation entre la température et la concentration d'électrons libres, de sorte qu'avec un changement de conductivité avec une température croissante, la possibilité d'un mouvement ordonné d'électrons libres ne fait que diminuer. En ce qui concerne les semi-conducteurs, l'effet de l'augmentation de la concentration est plus important. Ainsi, plus la température augmente, plus la conductivité sera élevée.

Il existe une relation entre le mouvement des porteurs de charge et un concept tel que le courant électrique dans les semi-conducteurs. Dans les semi-conducteurs, l'apparition des porteurs de charge est caractérisée par divers facteurs, parmi lesquels la température et la pureté du matériau sont particulièrement importantes. Par pureté, les semi-conducteurs sont divisés en impuretés et intrinsèques.

Quant au conducteur intrinsèque, l'influence des impuretés à une certaine température ne peut être considérée comme significative pour eux. Étant donné que la bande interdite dans les semi-conducteurs est petite, dans un semi-conducteur intrinsèque, lorsque la température atteint, la bande de valence est complètement remplie d'électrons. Mais la bande de conduction est complètement libre : il n'y a pas de conductivité électrique en elle, et elle fonctionne comme un diélectrique parfait. A d'autres températures, il est possible que lors des fluctuations thermiques certains électrons franchissent la barrière de potentiel et se retrouvent dans la bande de conduction.

Effet Thomson

Le principe de l'effet Thomson thermoélectrique: lorsqu'un courant électrique est passé dans des semi-conducteurs le long desquels il existe un gradient de température, en plus de la chaleur Joule, des quantités supplémentaires de chaleur seront libérées ou absorbées en eux, selon la direction dans laquelle le courant les flux.

Un chauffage insuffisamment uniforme d'un échantillon ayant une structure homogène affecte ses propriétés, à la suite de quoi la substance devient inhomogène. Ainsi, le phénomène de Thomson est un phénomène de Pelte spécifique. La seule différence est que ce n'est pas la composition chimique de l'échantillon qui est différente, mais l'excentricité de la température qui provoque cette inhomogénéité.

Dans cette leçon, nous considérerons un tel milieu pour le passage du courant électrique comme les semi-conducteurs. Nous examinerons le principe de leur conductivité, la dépendance de cette conductivité à la température et la présence d'impuretés, considérons un concept tel que la jonction p-n et les dispositifs semi-conducteurs de base.

Si vous établissez une connexion directe, le champ externe neutralisera celui de verrouillage et le courant sera établi par les principaux porteurs de charge (Fig. 9).

Riz. 9. Jonction p-n avec connexion directe ()

Dans ce cas, le courant de porteurs minoritaires est négligeable, il est pratiquement inexistant. Par conséquent, la jonction p-n fournit une conduction unidirectionnelle du courant électrique.

Riz. 10. Structure atomique du silicium avec augmentation de la température

La conduction des semi-conducteurs est électron-trou, et une telle conduction est appelée conduction intrinsèque. Et contrairement aux métaux conducteurs, avec l'augmentation de la température, le nombre de charges libres ne fait qu'augmenter (dans le premier cas, il ne change pas), par conséquent, la conductivité des semi-conducteurs augmente avec l'augmentation de la température et la résistance diminue (Fig. 10).

Un problème très important dans l'étude des semi-conducteurs est la présence d'impuretés dans ceux-ci. Et dans le cas de la présence d'impuretés, il faut parler de conductivité des impuretés.

Semi-conducteurs

La petite taille et la très haute qualité des signaux transmis ont rendu les dispositifs à semi-conducteurs très courants dans la technologie électronique moderne. La composition de tels dispositifs peut comprendre non seulement le silicium susmentionné avec des impuretés, mais également, par exemple, du germanium.

L'un de ces dispositifs est une diode - un dispositif capable de faire passer le courant dans un sens et d'empêcher son passage dans l'autre. Il est obtenu en implantant un autre type de semi-conducteur dans un cristal semi-conducteur de type p ou n (Fig. 11).

Riz. 11. La désignation de la diode sur le schéma et le schéma de son appareil, respectivement

Un autre dispositif, maintenant avec deux jonctions p-n, s'appelle un transistor. Il sert non seulement à sélectionner le sens du flux de courant, mais également à le convertir (Fig. 12).

Riz. 12. Schéma de la structure du transistor et sa désignation sur le circuit électrique, respectivement ()

Il convient de noter que les microcircuits modernes utilisent de nombreuses combinaisons de diodes, de transistors et d'autres appareils électriques.

Dans la prochaine leçon, nous verrons la propagation du courant électrique dans le vide.

Bibliographie

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Physique (niveau basique) - M. : Mnemozina, 2012.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Physique niveau 10. - M. : Ileksa, 2005.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov AZ, Slobodskov B.A. La physique. Électrodynamique. - M. : 2010.

1. Principes de fonctionnement des appareils ().
2. Encyclopédie de physique et de technologie ().

Devoirs

1. Qu'est-ce qui cause les électrons de conduction dans un semi-conducteur ?
2. Qu'est-ce que la conductivité intrinsèque d'un semi-conducteur ?
3. Comment la conductivité d'un semi-conducteur dépend-elle de la température ?
4. Quelle est la différence entre une impureté donneuse et une impureté acceptrice ?
5. * Quelle est la conductivité du silicium avec un mélange de a) gallium, b) indium, c) phosphore, d) antimoine ?

Les semi-conducteurs comprennent de nombreux éléments chimiques (germanium, silicium, sélénium, tellure, arsenic, etc.), un grand nombre d'alliages et de composés chimiques. Presque toutes les substances inorganiques du monde qui nous entoure sont des semi-conducteurs. Le semi-conducteur le plus courant dans la nature est le silicium, qui représente environ 30 % de la croûte terrestre.

La différence qualitative entre les semi-conducteurs et les métaux se manifeste dans dépendance à la température de la résistivité(fig.9.3)

Modèle de bande de la conductivité électron-trou des semi-conducteurs

Lors de la formation de solides, une situation est possible lorsque la bande d'énergie résultant des niveaux d'énergie des électrons de valence des atomes initiaux s'avère être complètement remplie d'électrons, et les niveaux d'énergie les plus proches disponibles pour le remplissage d'électrons sont séparés de bande de valence E V un intervalle d'états d'énergie non résolus - le soi-disant zone interdite Par exemple.Au-dessus de la bande interdite se trouve la zone d'états d'énergie autorisés pour les électrons - bande de conduction Ec.

La bande de conduction à 0 K est complètement libre, tandis que la bande de valence est complètement occupée. Des structures de bandes similaires sont caractéristiques du silicium, du germanium, de l'arséniure de gallium (GaAs), du phosphure d'indium (InP) et de nombreux autres solides semi-conducteurs.

Avec une augmentation de la température des semi-conducteurs et des diélectriques, les électrons peuvent recevoir une énergie supplémentaire associée au mouvement thermique. kT. Pour certains électrons, l'énergie du mouvement thermique est suffisante pour la transition de la bande de valence à la bande de conduction, où les électrons sous l'action d'un champ électrique externe peuvent se déplacer presque librement.

Dans ce cas, dans un circuit avec un matériau semi-conducteur, à mesure que la température du semi-conducteur augmente, un courant électrique augmente. Ce courant est associé non seulement au mouvement des électrons dans la bande de conduction, mais aussi à l'apparition les lacunes des électrons qui sont entrés dans la bande de conduction dans la bande de valence, le soi-disant des trous . Une place vacante peut être occupée par un électron de valence d'une paire voisine, alors le trou se déplacera vers une nouvelle place dans le cristal.

Si un semi-conducteur est placé dans un champ électrique, non seulement des électrons libres sont impliqués dans le mouvement ordonné, mais également des trous, qui se comportent comme des particules chargées positivement. Par conséquent, le courant je dans un semi-conducteur est constitué d'une électronique Dans et trou IP courants : je= Dans+ IP.

Le mécanisme de conduction électron-trou ne se manifeste que dans les semi-conducteurs purs (c'est-à-dire sans impuretés). On l'appelle propre conductivité électrique semi-conducteurs. Les électrons sont projetés dans la bande de conduction avec Niveau de Fermi, qui s'avère être situé dans son propre semi-conducteur au milieu de la zone interdite(Fig. 9.4).

Il est possible de modifier considérablement la conductivité des semi-conducteurs en y introduisant de très petites quantités d'impuretés. Dans les métaux, une impureté réduit toujours la conductivité. Ainsi, l'ajout de 3% d'atomes de phosphore au silicium pur augmente la conductivité électrique du cristal d'un facteur 105.

Léger ajout de dopant au semi-conducteur appelé dopage.

Une condition nécessaire pour une forte diminution de la résistivité d'un semi-conducteur lors de l'introduction d'impuretés est la différence de valence des atomes d'impuretés par rapport à la valence des atomes principaux du cristal. La conductivité des semi-conducteurs en présence d'impuretés est appelée conductivité des impuretés .

Distinguer deux types de conduction des impuretés – électronique et trou conductivité. Conductivité électronique se produit lorsque des atomes pentavalents (par exemple, l'arsenic, As) sont introduits dans un cristal de germanium avec des atomes tétravalents (Fig. 9.5).

Les quatre électrons de valence de l'atome d'arsenic sont impliqués dans la formation de liaisons covalentes avec quatre atomes de germanium voisins. Le cinquième électron de valence s'est avéré être redondant. Il se détache facilement de l'atome d'arsenic et devient libre. Un atome qui a perdu un électron se transforme en un ion positif situé à un endroit du réseau cristallin.

Un mélange d'atomes avec une valence supérieure à la valence des atomes principaux d'un cristal semi-conducteur est appelé impureté du donneur . À la suite de son introduction, un nombre important d'électrons libres apparaissent dans le cristal. Cela conduit à une forte diminution de la résistivité du semi-conducteur - par des milliers, voire des millions de fois.

La résistivité d'un conducteur à forte teneur en impuretés peut se rapprocher de celle d'un conducteur métallique. Une telle conductivité, due aux électrons libres, est appelée électronique, et un semi-conducteur à conductivité électronique est appelé semi-conducteur de type n.

conduction du trou se produit lorsque des atomes trivalents sont introduits dans un cristal de germanium, par exemple des atomes d'indium (Fig. 9.5)

La figure 6 montre un atome d'indium qui a créé des liaisons covalentes avec seulement trois atomes de germanium voisins en utilisant ses électrons de valence. L'atome d'indium n'a pas d'électron pour former une liaison avec le quatrième atome de germanium. Cet électron manquant peut être capturé par un atome d'indium à partir d'une liaison covalente d'atomes de germanium voisins. Dans ce cas, l'atome d'indium se transforme en un ion négatif situé sur un site du réseau cristallin et une lacune se forme dans la liaison covalente des atomes voisins.

Un mélange d'atomes capables de capturer des électrons est appelé impureté de l'accepteur . Suite à l'introduction d'une impureté acceptrice dans le cristal, de nombreuses liaisons covalentes sont rompues et des sites vacants (trous) se forment. Les électrons peuvent sauter vers ces endroits à partir de liaisons covalentes voisines, ce qui entraîne une errance aléatoire des trous autour du cristal.

La concentration de trous dans un semi-conducteur avec une impureté acceptrice dépasse de manière significative la concentration d'électrons résultant du mécanisme de conductivité électrique intrinsèque du semi-conducteur: np>> n n. Ce type de conduction est appelé conductivité du trou . Un semi-conducteur d'impureté avec une conductivité de trou est appelé semi-conducteur de type p . Principaux porteurs de charge libres dans les semi-conducteurs p-type sont des trous.

Transition électron-trou. Diodes et transistors

Dans la technologie électronique moderne, les dispositifs à semi-conducteurs jouent un rôle exceptionnel. Au cours des trois dernières décennies, ils ont presque complètement remplacé les appareils à électrovide.

Tout dispositif à semi-conducteur possède une ou plusieurs jonctions électron-trou. . Transition électron-trou (ou n–p-transition) - c'est la zone de contact de deux semi-conducteurs avec différents types de conductivité.

À la frontière des semi-conducteurs (Fig. 9.7), une double couche électrique se forme, dont le champ électrique empêche le processus de diffusion des électrons et des trous les uns vers les autres.

Aptitude n–p-la transition pour faire passer le courant dans presque une seule direction est utilisée dans les appareils appelés diodes semi-conductrices. Les diodes semi-conductrices sont constituées de cristaux de silicium ou de germanium. Lors de leur fabrication, une impureté est fondue en un cristal avec un certain type de conductivité, qui fournit un type de conductivité différent.

La figure 9.8 montre une caractéristique volt-ampère typique d'une diode au silicium.

Les dispositifs semi-conducteurs avec non pas une mais deux jonctions n-p sont appelés transistors . Les transistors sont de deux types : p–n–p-transistors et n–p–n-transistors. en transistor n–p–n-la plaque de base en germanium est conductrice p-type, et les deux régions créées dessus - par conductivité n-type (Figure 9.9).

en transistor p–n–p- c'est un peu le contraire. La plaque d'un transistor s'appelle base(B), l'une des régions avec le type de conductivité opposé - collectionneur(K), et le second - émetteur(E).