Que sont les porteurs excédentaires dans les semi-conducteurs ?

Porteurs excédentaires dans les semi-conducteurs :un examen plus approfondi

Les porteurs en excès dans les semi-conducteurs sont des électrons et des trous qui sont présents dans le matériau au-delà de leurs concentrations d'équilibre . Cela signifie qu’il s’agit de transporteurs « supplémentaires » qui ne sont normalement pas là dans des conditions normales.

Voici une répartition :

État normal :

* Semi-conducteurs intrinsèques (comme le silicium pur ou le germanium) ont un nombre équilibré d'électrons dans la bande de conduction et de trous dans la bande de valence, déterminé par la température du matériau. C'est l'état d'équilibre.

* Semi-conducteurs extrinsèques (dopés avec des impuretés) présentent un déséquilibre d'électrons et de trous dû aux atomes dopants. Cependant, il existe toujours une concentration à l’équilibre pour chaque type de transporteur.

Les transporteurs excédentaires entrent en jeu :

* stimuli externes : Lorsque des sources d'énergie externes telles que la lumière (photons) ou un champ électrique sont appliquées, elles peuvent exciter les électrons de la bande de valence vers la bande de conduction, créant ainsi des paires électron-trou. Il en résulte un excès d’électrons dans la bande de conduction et des trous dans la bande de valence.

* Injection : Dans des dispositifs comme les diodes ou les transistors, les porteurs sont injectés d'une région à l'autre, entraînant un excès de porteurs dans la région réceptrice.

Points clés concernant les transporteurs excédentaires :

* Durée de vie : Les transporteurs excédentaires ont une durée de vie limitée. Ils finissent par se recombiner avec leur type opposé (électron avec trou) et reviennent à l’état d’équilibre. La durée de vie est déterminée par des facteurs tels que la température, la concentration de dopage et les défauts des matériaux.

* Diffusion : Les porteurs en excès ont tendance à se diffuser des zones de concentration plus élevée vers les zones de concentration plus faible. Ce processus est crucial dans les dispositifs semi-conducteurs car il facilite le transport de la charge et contribue au flux de courant.

* Importance : Les porteurs excédentaires sont essentiels au fonctionnement de nombreux dispositifs semi-conducteurs. Ils sont responsables de :

* Flux actuel : Ils agissent comme porteurs de charge dans des dispositifs tels que les diodes, les transistors et les cellules solaires.

* Photoconductivité : Conductivité accrue d'un semi-conducteur due à la présence de porteurs en excès générés par la lumière.

* Émission lumineuse : Dans les diodes électroluminescentes (DEL), la recombinaison des porteurs en excès entraîne l’émission de lumière.

En résumé :

Les porteurs en excès sont des déséquilibres temporaires dans les concentrations d’électrons et de trous dans un semi-conducteur. Ils sont générés par des stimuli externes ou par injection et jouent un rôle crucial dans le fonctionnement de nombreux dispositifs semi-conducteurs. Comprendre les porteurs excédentaires et leur comportement est essentiel pour comprendre le fonctionnement fondamental de l’électronique à semi-conducteurs.