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SEMICONDUCTEURS<br />
Electronique - ENSPG 2005 / 2006
atome<br />
E<br />
Niveaux d’énergie<br />
Cristal<br />
T > 0K<br />
E<br />
Bandes d’énergie<br />
ΔE
Colonne IV : Si ou Ge<br />
4 voisins : à 0 K, isolant ; à > 0 K : (mauvais) conducteur<br />
semi
Etat des bandes d’énergie dans un cristal<br />
métal<br />
isolant<br />
Conduction<br />
semi-conducteur<br />
à 0K == isolant<br />
Valence<br />
T = 0K<br />
semi-conducteur<br />
T > 0K<br />
T ≠ 0K<br />
électrons<br />
“trous”<br />
(holes)
E<br />
semi-conducteur<br />
T > 0K<br />
T ≠ 0K<br />
courant d’électrons<br />
courant de “trous”<br />
courant d’électrons<br />
courant de “trous”<br />
I
Paire<br />
électron<br />
-<br />
trou<br />
ΔE<br />
E<br />
Bande de conduction<br />
courant d’électrons<br />
courant de “trous”<br />
Bande de valence<br />
Si : ΔE ≈ 1 eV (10 -19 J)
Semiconducteur dopé N (”de type N”)<br />
Si<br />
Si<br />
4 e-<br />
5 e-<br />
E<br />
P<br />
Bande de conduction<br />
Si<br />
courant d’électrons<br />
Bande de valence
Semiconducteur dopé P (”de type P”)<br />
Si<br />
Si<br />
3 e-<br />
E<br />
Al<br />
Si<br />
Bande de conduction<br />
4 e-<br />
courant de trous<br />
Bande de valence
Jonction PN<br />
ions accepteurs<br />
(chargés - ) fixes<br />
ions donneurs<br />
(chargés + ) fixes<br />
E<br />
Zone de CHARGE d’ESPACE<br />
⌠<br />
⎮<br />
⌡<br />
E dx = ΔV : barrière de potentiel<br />
(0.6 - 0.8 V)
Jonction PN polarisée en direct<br />
(DEL)<br />
E<br />
E<br />
I > 0<br />
U<br />
V > 0<br />
dès que U > ΔV, I est important
E<br />
Jonction PN polarisée en Inverse<br />
ΔV<br />
(détecteur)<br />
E<br />
I ≈ 0<br />
U<br />
V < 0<br />
ΔV augmente et I reste très faible
(K)<br />
DIODE = dispositif “dysymétrique”<br />
unidirectionnel en courant<br />
Anode<br />
(A)<br />
Cathode<br />
i D<br />
v D
Caractéristique (v,i) de diode<br />
Approximation ‘0’<br />
Tension de<br />
CLAQUAGE<br />
i<br />
i MAX<br />
v<br />
Zone d’utilisation
Caractéristique (v,i) de diode<br />
Approximation ‘1’<br />
i<br />
v<br />
ΔV<br />
Seuil<br />
ΔV<br />
≈0.7V<br />
v<br />
u<br />
v = u + ΔV<br />
v > ΔV -> u > 0<br />
diode passante
Caractéristique (v,i) de diode<br />
Approximation ‘II’<br />
i<br />
r<br />
pente ==‘r’<br />
v<br />
ΔV<br />
i<br />
ΔV<br />
≈0.7V<br />
v<br />
u<br />
v = u + ΔV + ri
Caractéristique (v,i) de diode<br />
Approximation ‘III’<br />
mA<br />
i<br />
i = I S [exp(<br />
v<br />
kT/e ) − 1]<br />
I S<br />
v<br />
kT/e ≈ 26 mV (@ 300K)<br />
V
i<br />
v<br />
R<br />
E<br />
i = I S [exp(<br />
v<br />
kT/e ) − 1]<br />
i<br />
1<br />
= ( ∂i<br />
r d ∂v ) V = I o<br />
o<br />
26 mV<br />
E/R<br />
Io<br />
∂i<br />
∂v<br />
résistance<br />
dynamique<br />
rd = 26 mV / Io<br />
E<br />
v<br />
Vo
Applications des diodes<br />
Redressement
DIODES<br />
PARTICULIERES<br />
• DEL (LED)<br />
• Photodiode<br />
• coupleur opto-électronique<br />
• Varicap<br />
• Diode Zener
Polarisation directe : Diode ElectroLuminescente (DEL)<br />
Light Emitting Diode (LED)<br />
A<br />
K<br />
DIODES<br />
PARTICULIERES
DIODES<br />
PARTICULIERES<br />
Photodiode<br />
• polarisée en inverse<br />
• sous flux de photons, I S<br />
varie : I S<br />
α Flux incident<br />
• photodiode = capteur<br />
i<br />
Flux<br />
v<br />
I S
DIODES<br />
PARTICULIERES<br />
Coupleur<br />
OPTO-ELECTRONIQUE<br />
séparation des masses
DIODES<br />
PARTICULIERES<br />
VARICAP<br />
Polsarisation en inverse : capacité variable (ZCE)<br />
C<br />
exe : 1N5142 15pF / -4V (5pF / -60 V)
Utilisation de la tension de claquage<br />
diode ZENER<br />
I Z<br />
V Z<br />
V Z<br />
Coude de claquage<br />
bien défini et “supportable”<br />
I Z<br />
max<br />
Régulation de<br />
tension<br />
E<br />
V Z
protection<br />
entrée<br />
Ampli-OP<br />
Applications des diodes<br />
Ecrêtage (protection)
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