Matériaux - Introduction
Chaque materialdans la nature a certaines propriétés. Ces propriétés définissent le comportement des matériaux. La science des matériaux est une branche de l'électronique qui traite de l'étude du flux d'électrons dans divers matériaux ou espaces, lorsqu'ils sont soumis à diverses conditions.
En raison du mélange d'atomes dans les solides, au lieu de niveaux d'énergie uniques, il y aura des bandes de niveaux d'énergie formées. Ces ensembles de niveaux d'énergie, qui sont étroitement emballés sont appelés commeEnergy bands.
Types de matériaux
La bande d'énergie dans laquelle les électrons de valence sont présents est appelée Valence band, tandis que la bande dans laquelle les électrons de conduction sont présents est appelée Conduction band. L'écart d'énergie entre ces deux bandes est appeléForbidden energy gap.
Par voie électronique, les matériaux sont généralement classés comme isolants, semi-conducteurs et conducteurs.
Insulators- Les isolants sont des matériaux dans lesquels la conduction ne peut pas avoir lieu, en raison du grand espace interdit. Exemples: bois, caoutchouc.
Semiconductors- Les semi-conducteurs sont de tels matériaux dans lesquels l'écart d'énergie interdit est faible et la conduction a lieu si une énergie externe est appliquée. Exemples: silicium, germanium.
Conductors- Les conducteurs sont de tels matériaux dans lesquels l'écart d'énergie interdit disparaît lorsque la bande de valence et la bande de conduction deviennent très proches qu'elles se chevauchent. Exemples: cuivre, aluminium.
Parmi les trois, des isolants sont utilisés lorsque la résistivité à l'électricité est souhaitée et des conducteurs sont utilisés lorsque la conduction doit être élevée. Les semi-conducteurs sont ceux qui suscitent un intérêt particulier quant à leur utilisation.
Semi-conducteurs
UNE Semiconductorest une substance dont la résistivité se situe entre les conducteurs et les isolants. La propriété de résistivité n'est pas la seule qui décide d'un matériau comme semi-conducteur, mais elle a peu de propriétés comme suit.
Les semi-conducteurs ont une résistivité inférieure à celle des isolants et supérieure à celle des conducteurs.
Les semi-conducteurs ont un coefficient de température négatif. La résistance dans les semi-conducteurs, augmente avec la diminution de la température et vice versa.
Les propriétés conductrices d'un semi-conducteur changent lorsqu'une impureté métallique appropriée y est ajoutée, ce qui est une propriété très importante.
Les dispositifs semi-conducteurs sont largement utilisés dans le domaine de l'électronique. Le transistor a remplacé les tubes à vide encombrants, à partir desquels la taille et le coût des appareils ont été réduits et cette révolution n'a cessé d'augmenter son rythme menant aux nouvelles inventions comme l'électronique intégrée. Les semi-conducteurs peuvent être classés comme indiqué ci-dessous.
On dit qu'un semi-conducteur dans sa forme extrêmement pure est un intrinsic semiconductor. Mais la capacité de conduction de cette forme pure est trop faible. Afin d'augmenter la capacité de conduction du semi-conducteur intrinsèque, il est préférable d'ajouter des impuretés. Ce processus d'ajout d'impuretés est appelé commeDoping. Or, ce semi-conducteur intrinsèque dopé est appeléExtrinsic Semiconductor.
Les impuretés ajoutées sont généralement pentavalent et trivalentimpuretés. En fonction de ces types d'impuretés, une autre classification est effectuée. Lorsqu'unpentavalent l'impureté est ajoutée à un semi-conducteur pur, on l'appelle comme N-type extrinsic Semiconductor. De plus, lorsqu'untrivalent l'impureté est ajoutée à un semi-conducteur pur, on l'appelle comme P-type extrinsic Semiconductor.
Jonction PN
Lorsqu'un électron se déplace de sa place, on dit qu'un trou s'y forme. Ainsi, un trou est l'absence d'un électron. Si on dit qu'un électron est déplacé de la borne négative à la borne positive, cela signifie qu'un trou est déplacé de la borne positive à la borne négative.
Les matériaux mentionnés ci-dessus sont les bases de la technologie des semi-conducteurs. leN-type le matériau formé en ajoutant des impuretés pentavalentes a electrons as its majority carrierset des trous en tant que porteurs minoritaires. Tandis que leP-type le matériau formé en ajoutant des impuretés trivalentes a holes as its majority carriers et les électrons en tant que porteurs minoritaires.
Essayons de comprendre ce qui se passe lorsque les matériaux P et N sont réunis.
Si un matériau de type P et un matériau de type N sont rapprochés l'un de l'autre, les deux se rejoignent pour former une jonction, comme le montre la figure ci-dessous.
Un matériau de type P a holes comme le majority carriers et un matériau de type N a electrons comme le majority carriers. Au fur et à mesure que les charges opposées s'attirent, peu de trous de type P ont tendance à aller du côté n, tandis que peu d'électrons de type N ont tendance à aller du côté P.
Lorsque les deux se déplacent vers la jonction, les trous et les électrons se recombinent pour neutraliser et former des ions. Or, dans cette jonction, il existe une région où se forment les ions positifs et négatifs, appeléePN junction ou barrière de jonction comme indiqué sur la figure.
La formation d'ions négatifs du côté P et d'ions positifs du côté N entraîne la formation d'une région chargée étroite de chaque côté de la jonction PN. Cette région est désormais exempte de supports de charge mobiles. Les ions présents ici ont été stationnaires et maintiennent une zone d'espace entre eux sans aucun porteur de charge.
Comme cette région agit comme une barrière entre les matériaux de type P et N, elle est également appelée Barrier junction. Cela a un autre nom appeléDepletion regionce qui signifie qu'il épuise les deux régions. Il se produit une différence de potentiel V D due à la formation d'ions, à travers la jonction appeléePotential Barriercar il empêche tout mouvement supplémentaire des trous et des électrons à travers la jonction. Cette formation est appelée comme unDiode.
Polarisation d'une diode
Lorsqu'une diode ou deux composants terminaux quelconques sont connectés dans un circuit, il a deux conditions polarisées avec l'alimentation donnée. Elles sontForward biased état et Reverse biased état.
Condition biaisée vers l'avant
Lorsqu'une diode est connectée dans un circuit, avec son anode to the positive terminal et cathode to the negative borne de l'alimentation, alors une telle connexion est dite forward biased état.
Ce type de connexion rend le circuit de plus en plus polarisé en direct et contribue à plus de conduction. Une diode conduit bien en condition polarisée en direct.
Condition biaisée inversée
Lorsqu'une diode est connectée dans un circuit, avec son anode to the negative terminal et cathode to the positive borne de l'alimentation, alors une telle connexion est dite Reverse biased état.
Ce type de connexion rend le circuit de plus en plus polarisé en inverse et aide à minimiser et à empêcher la conduction. Une diode ne peut pas conduire en condition de polarisation inverse.
Avec les informations ci-dessus, nous avons maintenant une bonne idée de ce qu'est une jonction PN. Forts de ces connaissances, passons à autre chose et découvrons les transistors dans le chapitre suivant.