Différence entre les semi-conducteurs de type p et de type n

Différence principale - p-type vs. n-type semi-conducteur

p-type et n-Les semi-conducteurs de type sont absolument essentiels à la construction de l'électronique moderne. Ils sont très utiles car leurs capacités de conduction peuvent être facilement contrôlées. Les diodes et les transistors, qui sont au cœur de tous les types d’électronique moderne, nécessitent p-type et n-type semi-conducteurs pour leur construction. le différence principale entre p-type et n-type de semi-conducteur est que p-les semi-conducteurs de type sont fabriqués en ajoutant des impuretés d'éléments du groupe III aux semi-conducteurs intrinsèques alors que, dans n-type impuretés, les impuretés sont des éléments du groupe IV.

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur

UNE semi-conducteur est un matériau ayant une conductivité entre celle d’un conducteur et celle d’un isolant. dans le théorie des bandes de solides, les niveaux d'énergie sont représentés en termes de bandes. Selon cette théorie, pour qu'un matériau conduise, les électrons de la bande de valence devraient pouvoir se déplacer jusqu'à la bande de conduction (notez que «monter» ici ne signifie pas qu'un électron physiquement se déplaçant vers le haut, mais plutôt un électron gagnant une quantité d’énergie associée aux énergies de la bande de conduction). Selon la théorie, les métaux (qui sont des conducteurs) ont une structure de bande où la bande de valence chevauche la bande de conduction. En conséquence, les métaux peuvent facilement conduire l'électricité. Dans les isolateurs, le bande interdite entre la bande de valence et la bande de conduction est assez grande, de sorte qu'il est extrêmement difficile aux électrons d'entrer dans la bande de conduction. En revanche, les semi-conducteurs ont un faible espace entre les bandes de valence et de conduction. En augmentant la température, par exemple, il est possible de donner aux électrons suffisamment d'énergie pour pouvoir passer de la bande de valence à la bande de conduction. Ensuite, les électrons peuvent se déplacer dans la bande de conduction et le semi-conducteur peut conduire l’électricité.

Comment les métaux (conducteurs), les semi-conducteurs et les isolants sont-ils considérés dans le cadre de la théorie des bandes des solides.

Semi-conducteurs intrinsèques sont des éléments à quatre électrons de valence par atome, c’est-à-dire des éléments du «Groupe IV» du tableau périodique tels que silicium (Si) et germanium (Ge). Puisque chaque atome a quatre électrons de valence, chacun de ces électrons de valence peut former une liaison covalente avec l'un des électrons de valence d'un atome voisin. De cette façon, tous les électrons de valence seraient impliqués dans une liaison covalente. Ce n'est pas le cas à proprement parler: selon la température, un certain nombre d'électrons sont capables de "casser" leurs liaisons covalentes et de participer à la conduction. Cependant, il est possible d'augmenter considérablement la capacité de conduction d'un semi-conducteur en ajoutant de petites quantités d'impureté au semi-conducteur, dans un processus appelé se doper. L’impureté ajoutée au semi-conducteur intrinsèque est appelée la dopant. Un semi-conducteur dopé est appelé un semi-conducteur extrinsèque.

Qu'est-ce qu'un n-type semi-conducteur

Un n-Le semi-conducteur de type est fabriqué en ajoutant une petite quantité d’un élément du groupe V, tel que le phosphore (P) ou l’arsenic (As), au semi-conducteur intrinsèque. Les éléments du groupe V ont cinq électrons de valence par atome. Par conséquent, lorsque ces atomes établissent des liaisons avec les atomes du groupe IV, en raison de la structure atomique du matériau, seuls des électrons de valence sur cinq peuvent être impliqués dans les liaisons covalentes. Cela signifie que, pour chaque atome de dopant, il y a un électron «libre» supplémentaire qui peut ensuite entrer dans la bande de conduction et commencer à conduire de l'électricité. Par conséquent, les atomes de dopant dans n-les semi-conducteurs de type sont appelés donneurs parce qu'ils "donnent" des électrons à la bande de conduction. En termes de théorie de la bande, on peut imaginer que les électrons libres des donneurs ont un niveau d’énergie proche des énergies de la bande de conduction. Comme le fossé énergétique est faible, les électrons peuvent facilement sauter dans la bande de conduction et commencer à conduire un courant..

Qu'est ce qu'un p-type semi-conducteur

UNE p-Le type semi-conducteur est fabriqué en dopant un semi-conducteur intrinsèque avec des éléments du groupe III tels que le bore (B) ou l’aluminium (Al). Dans ces éléments, il n'y a que trois électrons de valence par atome. Lorsque ces atomes sont ajoutés à un semi-conducteur intrinsèque, chacun des trois électrons peut former des liaisons covalentes avec des électrons de valence à partir de trois des atomes environnants du semi-conducteur intrinsèque. Cependant, en raison de la structure cristalline, l’atome de dopant peut créer une autre liaison covalente s’il avait un électron de plus. En d’autres termes, il existe maintenant un “poste vacant” pour un électron, et souvent un tel “poste vacant” est appelé un trou. L'atome de dopant peut maintenant extraire un électron de l'un des atomes environnants et l'utiliser pour former une liaison. Dans p-type semi-conducteurs, les atomes de dopant sont appelés accepteurs car ils prennent des électrons pour eux-mêmes. 

Maintenant, l'atome qui s'est fait voler un électron se retrouve également avec un trou. Cet atome peut maintenant voler un électron à l’un de ses voisins, ce qui peut à son tour voler un électron à l’un des ses voisins… et ainsi de suite. De cette manière, nous pouvons réellement imaginer qu'un «trou chargé positivement» puisse traverser la bande de valence d'un matériau, de la même manière qu'un électron peut traverser la bande de conduction. Le «mouvement des trous» dans la bande de conduction peut être considéré comme un courant. Notez que le mouvement des trous dans la bande de valence est dans la direction opposée au mouvement des électrons dans la bande de conduction pour une différence de potentiel donnée. Dans p-semi-conducteurs de type, les trous sont dits le majorité transporteurs tandis que les électrons dans la bande de conduction sont les transporteurs minoritaires.

En termes de théorie des bandes, l’énergie des électrons acceptés («le niveau de l’accepteur») se situe un peu plus haut que l’énergie de la bande de valence. Les électrons de la bande de valence peuvent facilement atteindre ce niveau, laissant des trous dans la bande de valence. Le diagramme ci-dessous illustre les bandes d’énergie en intrinsèque, n-type et p-type semi-conducteurs.

Bandes d'énergie en intrinsèque, n-type et p-type semi-conducteurs.

Différence entre p-type et n-type semi-conducteur

Dopants

Dans p-type semi-conducteur, les dopants sont des éléments du groupe III.

Dans n-type semi-conducteur, les dopants sont des éléments du groupe IV.

Comportement dopant:

Dans p-type semi-conducteur, les atomes dopants sont accepteurs: ils prennent des électrons et créent des trous dans la bande de valence.

Dans n-type semi-conducteur, les atomes dopants agissent comme donneurs: ils donnent des électrons qui peuvent facilement atteindre la bande de conduction.

Transporteurs majoritaires

Dans p-type semi-conducteur, les porteurs majoritaires sont des trous qui se déplacent dans la bande de valence.

Dans n-type semi-conducteur, les porteurs majoritaires sont des électrons qui se déplacent dans la bande de conduction.

Mouvement des transporteurs majoritaires

Dans p-type semi-conducteur, les transporteurs majoritaires vont dans le sens du courant conventionnel (du potentiel le plus élevé au plus faible).

Dans n-type semi-conducteur, les transporteurs majoritaires se déplacent dans le sens contraire du courant conventionnel.

Courtoisie d'image:

“Comparaison des structures de bande électronique des métaux, des semi-conducteurs et des isolants.” Par Pieter Kuiper (self-made) [Domaine public], via Wikimedia Commons