Introduction au matériau semi-conducteur révolutionnaire

L'évolution récente dans le domaine de l'électronique est principalement due à un type particulier de matériel grâce auquel de nombreuses réalisations ont été accomplies. Aujourd'hui, nous allons vous donner un aperçu de ces précieux matériaux appelés semi-conducteurs. Près de 20 ans auparavant, nous avions un autre type de tubes à vide qui étaient disponibles dans différentes formes et tailles dans les industries électroniques. Les tubes à vide étaient bons à l'époque, mais l'introduction des semi-conducteurs a complètement changé la donne. Les semi-conducteurs sont légers, de petite taille, de construction simple, fiables, efficaces, peu coûteux et produisent peu de chaleur.

Théorie des semi-conducteurs :

                                       Un matériau semi-conducteur est un matériau dont les propriétés électriques se situent entre celles des isolants et celles des bons conducteurs, par ex. germanium et silicium, etc. En d'autres termes, le matériau qui s'oppose au courant avec 102 ohms × cm est appelé semi-conducteur. Le silicium est le matériau le plus utilisé dans les industries, mais il existe également du carbone, du germanium et de l'arséniure de gallium. Selon les bases des bandes d'énergie à température ambiante, ces matériaux possèdent une bande de conduction vide et une bande de valence partiellement remplie. Entre ces bandes, il y a un petit écart d'énergie (égal à 1ev). La résistance de ces matériaux diminue avec l'augmentation de la température car elle comprime l'écart d'énergie. C'est pourquoi le matériau semi-conducteur est connu sous le nom de coefficient de température négatif.

• Quelques termes importants utilisés lors de l'étude des semi-conducteurs.

• Électrons de Valence

Ces électrons qui tournent autour du noyau dans la dernière orbite/couche sont appelés électrons de valence. L'atome est devenu stable lorsque les électrons de valence sont terminés dans leur dernière couche, il n'y a que 8 électrons pouvant être logés dans la couche de valence. Une fois qu'il est terminé, aucun électron ne peut émettre ou entrer dans la couche de valence. Il y a 4 électrons dans la couche de valence du silicium et du germanium. Le silicium est découvert en 1823 tandis que le germanium est découvert en 1886.

• Coques énergétiques

Ces chemins autour d'un noyau d'un atome dans lequel les électrons tournent sont appelés des couches d'énergie. L'électron qui est à distance du noyau aura une énergie élevée par rapport à cet électron qui se trouve dans une coquille fermée au noyau. Ces électrons sont fortement liés en force avec le noyau qui est proche du noyau. Lorsque l'atome gagne de l'énergie, il saute dans la coque supérieure loin du noyau, mais lorsque l'atome perd de l'énergie, il revient à sa coque d'origine. Électriquement, un atome est neutre en raison du même nombre d'électrons et de protons présents dans un atome.

                 

• Liaisons covalentes ou liaison atomique

Comme nous le savons, un atome de silicium contient 2 électrons dans sa première couche, 8 électrons dans la seconde et 4 dans la valence ou troisième couche. Cela est vrai pour un seul atome, mais lorsque quelques atomes se combinent, ils forment un arrangement automatique solide appelé structure cristalline. Cet arrangement se produit en raison de la liaison covalente. Une liaison covalente est le type de liaison dans lequel deux atomes ou plus partagent des électrons de la couche de valence les uns avec les autres. Comme nous savons qu'un atome est électriquement stable mais chimiquement instable. Les deux mêmes atomes doivent être stables pour partager leurs électrons.

• Électrons et trous libres

Lorsque la température ambiante est augmentée à partir de la valeur zéro absolu, de l'énergie thermique y est produite, ce qui produit des vibrations dans le cristal de silicium/germanium. Souvent sous l'effet de l'énergie thermique, l'électron excité émet depuis sa couche de valence. Cette élection est maintenant appelée électron libre car elle n'est sous aucun effet d'un noyau. L'électron émis laisse un vide qui agit comme une charge positive. Ce processus se produit dans chaque atome qui donne collectivement un grand nombre d'électrons libres et de trous.