La jonction PN : la diode

Supposons qu’on ait un monocristal de silicium ou de germanium dopé d’une part N et d’autre part P :

On peut penser que les électrons et les trous vont se combiner et équilibrer le monocristal mais ce ne sera pas le cas car à chaque fois qu’un électron se déplace, il va laisser derrière lui un atome ionisé positif ou négatif respectivement un donneur ou un accepteur. Par conséquent, il aura un champ électrique E₀ qui sera engendré aux voisinages de la zone de jonction par les charges statiques des atomes ionisés. Ce champ électrique qui est caractérisé par la différence de potentiel V₀ et la distance d₀ va s’opposer au passage des électrons de la zone N vers la zone P et au passage des trous de la zone P vers la zone N. il aura donc un équilibre dynamique dans la zone de jonction dépourvue des porteurs immobiles. Cependant les porteurs minoritaires dans les mouvements chaotiques peuvent se retrouver dans la zone de jonction où ils seront accélérés par le champ électrique. La tension V₀ dépend de la concentration des donneurs ND, la concentration des accepteurs NA dans la zone du type de semi-conducteur et de la température T.

Avec V_T le potentiel thermique. En pratique V_T = 26mV avec une température T=300^oK. V₀ est appelé le potentiel de contact.
L’épaisseur de la zone de jonction dépend de NA et ND du semi-conducteur utilisé et de la température.

ε_0
: La permittivité du vide ( ε_{0=
8.85 F/m)}ε_r_: La permittivité relative du semi-conducteur.( ε_r = 12 pur le silicium). E₀= V₀ / d_0.VT = KT / q avec k le constante de Boltzmann.

La jonction polarisée dans le sens direct

Si on polarise un cristal avec une source extérieur, en reliant le pole positif de la source au semi-conducteur de type P, le pole négatif au semi-conducteur de type N, il aura donc une combinaison des électrons et des trous dans la zone de jonction. Dans ce cas la jonction PN est polarisée en sens direct.

La jonction polarisée dans le sens inverse

Maintenant si nous polarisons le cristal en branchant le pole positif au semi-conducteur de type N et le pole négatif au semi-conducteur de type P. les trous de la zone P comme les électrons de la zone N reflux vers l’extérieur du cristal. La zone de déplétion est épaissit, le courant dans la jonction due aux porteurs majoritaire est nul. Il existe cependant un courant résiduel de fuite dû aux porteurs minoritaire. Dans ce cas, on parle de polarisation dans le sens inverse.

En créant dans le monocristal du silicium ou de germanium une jonction PN, on réalise une diode : un composant électronique qui ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens.