Qu'est-ce qu'un semi-conducteur de type N ?

Qu'est-ce qu'un semiconducteur de type N?

Définition du semiconducteur de type N

Un semiconducteur de type N est défini comme un type de semiconducteur qui a été dopé avec des impuretés pentavalentes pour augmenter sa conductivité en ajoutant des électrons libres.

Avant de comprendre ce qu'est un semiconducteur de type N, nous devrions nous concentrer sur la science atomique de base. Les atomes visent à avoir huit électrons dans leur orbite la plus externe, connus sous le nom d'électrons de valence. Tous les atomes n'atteignent pas cet objectif, mais ils s'efforcent tous d'atteindre cette configuration stable.

Les électrons de l'orbite la plus externe d'un atome sont appelés électrons de valence. Si l'orbite la plus externe d'un atome n'a pas huit électrons, alors il y aura autant de postes vacants que le manque d'électrons dans l'orbite. Ces postes vacants sont toujours prêts à accepter des électrons pour remplir huit électrons dans l'orbite la plus externe de l'atome.

Les semiconducteurs les plus couramment utilisés sont le silicium et le germanium. Le silicium a 14 électrons répartis en 2, 8, 4, tandis que le germanium a 32 électrons répartis en 2, 8, 18, 4. Les deux semiconducteurs ont quatre électrons dans leur orbite la plus externe, laissant des postes vacants pour quatre électrons supplémentaires.

Chacun des quatre électrons de valence dans le silicium ou le germanium forme un lien covalent avec les atomes voisins, remplissant les postes vacants. Idéalement, tous les électrons de valence dans un cristal de semiconducteur sont impliqués dans des liaisons covalentes, donc il ne devrait y avoir aucun électron libre dans le cristal.

Mais ce n'est pas le cas en réalité. À 0o Kelvin absolu, il n'y aurait aucun électron libre dans le cristal, mais lorsque la température augmente de zéro absolu à la température ambiante, un certain nombre d'électrons de valence dans les liaisons sont excités thermiquement et sortent de la liaison, générant un certain nombre d'électrons libres dans le cristal. Ces électrons libres causent la conductivité des matériaux semi-conducteurs à toute température supérieure à zéro absolu.

Il existe une méthode pour augmenter la conductivité des semiconducteurs à toute température supérieure à zéro absolu. Cette méthode est appelée dopage. Dans cette méthode, un semiconducteur pur ou intrinsèque est dopé avec des impuretés pentavalentes comme l'antimoine, l'arsenic et le phosphore. Ces atomes d'impuretés remplacent certains des atomes de semiconducteur dans le cristal et occupent leurs positions. Comme les atomes d'impuretés ont cinq électrons de valence dans l'orbite la plus externe, quatre d'entre eux créeront des liaisons covalentes avec quatre atomes de semiconducteur adjacents.

Un électron de valence de l'atome d'impureté n'a pas l'occasion de participer à la liaison covalente et devient plus faiblement lié à l'atome d'impureté parent. À la température ambiante, ces cinquièmes électrons de valence faiblement attachés des atomes d'impuretés peuvent sortir de leur position en raison de l'excitation thermique.

En raison de ce phénomène, il y aura un nombre considérable d'électrons libres, mais il y a toujours des ruptures de liaisons covalentes dans le cristal en raison de l'excitation thermique à la température ambiante. Les électrons libres, en plus des électrons libres créés en raison de la rupture des liaisons covalentes entre le semiconducteur et le semiconducteur et entre le semiconducteur et les impuretés, causent le total d'électrons libres dans le cristal.

Bien que chaque fois qu'un électron libre soit créé lors de la rupture d'une liaison covalente entre le semiconducteur et le semiconducteur, un poste vacant soit créé dans la liaison brisée. Ces postes vacants sont appelés trous. Chacun de ces trous est considéré comme l'équivalent positif d'un électron négatif car il est créé en raison du manque d'un électron. Ici, les électrons sont les principaux porteurs de charge mobiles. Dans un semiconducteur de type N, il y aura à la fois des électrons libres et des trous.

Mais le nombre de trous est beaucoup plus petit que celui des électrons car les trous ne sont créés que par la rupture des liaisons covalentes entre le semiconducteur et le semiconducteur, tandis que les électrons libres sont créés à la fois par les cinquièmes électrons de valence non liés des atomes d'impuretés et par la rupture des liaisons covalentes entre le semiconducteur et le semiconducteur.

Ainsi, le nombre d'électrons libres >> le nombre de trous dans un semiconducteur de type N. C'est pourquoi les électrons libres sont appelés porteurs majoritaires, et les trous sont appelés porteurs minoritaires dans un semiconducteur de type N. Comme les électrons chargés négativement participent principalement au transfert de charge à travers ce semiconducteur, il est désigné comme un semiconducteur de type négatif ou de type N. Bien qu'il y ait de nombreux électrons libres dans le cristal, il reste électriquement neutre car le nombre total de protons et le nombre total d'électrons sont égaux.