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Mécanisme de formation de la jonction PN • Processus de mise à l'équilibre 1° phase : processus de diffusion . 6. Il existe alors une légère tension aux bornes de la zone de déplétion, appelé tension de déplétion. La jonction PN constitue l'élément de base de toute l'électronique, et constitue le module élémentaire dont dépend le fonctionnement d'un grand nombre de dispositifs à semi- conducteurs. Introduire le fonctionnement de la diode et ses polarisations. Ce mouvement est appelé diffusion. ID = courant de diffusion. Ce dis-positif comprend trois couches semi-conductrices séparée par deux jonctions. Dans une diode à jonction PN on a côte à côte un semi-conducteur de type N et un autre de type P. À leur interface, les électrons du semi-conducteur de type N vont voir tout un espace libre en électrons à occuper. conduction bande de valence semi-conducteur dopé P trous = porteurs majoritaires é = porteurs minoritaires Jonction PN diffusion recombinaison E Polarisation de la diode Diode polarisée dans le sens « passant » ou « direct » Ea + Ec courant des porteurs majoritaires dans la diode (mA, A) Diode polarisée . de diffusion Vd diminue. 3. En déduire l'admittance dynamique Y 1 de la jonction PN. 9 Hypothèses simplificatrices: ZCE vide de porteurs Faible injection Approximation de Boltzmann Toute la tension V A appliquée sur la jonction Deux courants circulent dans le . Dans une jonction PN, un champ électrique est produit dans la zone de déplétion en raison des différentes concentrations d'ions donneurs et d'ions accepteurs de chaque côté de la zone de déplétion. 5) . c aractéristiques statiques de la diode a jonction pn. Synthèse: Résumer et synthèse sur la matière enseignée. est basé sur deux jonctions PN, l'une en direct et l'autre en inverse. Synthèse: Résumer et synthèse sur la matière enseignée. Distinguer courant de diffusion et courant de conduction, charge fixes et charges libres. La transition entre les deux couches P et N constitue la jonction PN. Homojonction PN • Composant à réponse non linéaire • Dispositifs redresseur ou « rectifier devices » • 2 types pour arriver au « même » résultat: • Jonction PN (notre propos) • Jonction à contact Schottky (chapitre suivant). Comprendre le dopage des semi-conducteurs. En déduire l'existence d'un courant de diffusion. Courant de diffusion Id Courant de saturation Is Figure 3 Exemple: Pour une jonction de silicium, Is est inférieur à 10-9 ampère lorsque la température de la jonction n'excède pas 25°C. Courant de diffusion et courant de saturation La figure suivante présente une jonction 'rebouclée' sur elle-même. VI Caractéristique de polarisation inverse Lorsqu'une tension de polarisation inverse est appliquée aux bornes d'une diode, il n'y a qu'un très faible courant inverse (IR) à travers la jonction pn. Les électrons et les trous participent alors simultanément aux phénomènes de conduction. 00:38. Il reste cependant le courant inverse qui va tendre vers une limite que l'on nomme le courant de saturation IS. Nous allons dans la partie suivante, expliquer la fonctionnalité des différents blocs qui constitue la structure photovoltaïque. Phénomène de transport de charges : •courant de conduction créé sous l'action d'un champ électrique, •courant de diffusion créé par un gradient de concentration de porteurs. En réalité ce courant augmente avec la tension en raison de la génération de paires dans la zone de déplétion. 2°) Densités de courant de diffusion p 59 a°) Cas des électrons : p 59 b°) Cas des trous : p 59 III Densités de courant totales dans un semiconducteur p 60 IV Relation d'Einstein p 60 V Equations de continuité p 61 VI Equations de Poisson p 62 VII Densités de courant généralisées p 63 CHAPITRE VI : JONCTION PN - DIODES A JONCTION Chapitre III: Jonction PN et Diodes Fig. Ici, la tension V est appliquée à la jonction pn et le courant total I circule dans la jonction pn. On dit que la jonction est bloquée. ÉTUDE QUANTITATIVE DE LA JONCTION PN Une jonction peul être abrupte (passage instantané d'une zone N à une zone P avec densité d'impureté constante) ou progressive (passage de la . Effet photovoltaïque (PV) au sein d'une jonction PN On considère une jonction PN à base de Si avec comme dopage en accepteurs N A = 10 17 cm-3 et en donneurs N D = 10 15 cm-3. La boîte de jonction n'est pas représenté. tp de jonction pn. Mais comme des porteurs de charge minoritaires peuvent être générés thermiquement, le courant de dérive dépend de la température. La différence des densités de donneurs et d'accepteurs N D-N A passe « brusquement» d'une valeur négative pour la région P à une valeur positive pour la région N. La loi de variation de cette différence est donnée par deux constantes pour une jonction dite . I.2.2. exercice jonction pn corrigé. La diode à jonction est constituée d'une jonction PN. Dans ce cas, la jonction PN. Une jonction PN est la région de faible épaisseur d'un mono cristal de semi-conducteur dans laquelle la conductibilité passe graduellement (successivement) de la . p diode. une jonction pn est constituée de deux zones respectivement dopées p et n et juxtaposées d'une façon que nous supposerons abrupte (figure-1), c'est-à-dire que la transition de la zone p à la zone n se fait brusquement.lorsque l'on assemble les deux régions, la différence de concentration entre les porteurs des régions p et n va provoquer la … ID = courant de diffusion. » " La diode doit être en état polarisé en direct pour permettre la circulation du courant électrique. Les transistors (transfer resistor) bipolaires sont des applications importantes de la jonction PN. La différence de potentiel entre les zones P et N provoquée par la source de courant continu à la zone de transition doit être . En effet, la jonction permet de déterminer le sens de passage du courant et la diode ne laisse alors passer que la partie positive . La jonction PN est la base de la structure des diodes et des transistors, on sait qu'elle ne permet le passage du Le mot diode peut être expliqué comme «Di» signifie deux et . Jonction PN avec zone de déplétion III.3. 7. Dans une jonction pn polarisée, le courant de dérive est indépendant de la polarisation, car le nombre de porteurs minoritaires est indépendant des tensions de polarisation. Introduction. Homo-jonction à semi-conducteur. Un élément chimique bien défini est constitué d'un seul atome. Le déplacement de ces porteurs majoritaires donne naissance à un courant de diffusion I D.Ces ions, négatifs dans la région P (atome de bore ayant gagné un électron) et positifs dans . Dans une jonction p-n, les électrons libres et les lacunes peuvent tous deux traverser la jonction, comme indiqué sur la figure. ! à travers. La jonction p-n Type n Type p 10 Diagramme de bande • A l'équilibre Type p Type n E V E C + + + + - - - - Gradients de concentration il existe un courant de diffusion Jdiff Les impuretés ne sont plus compensées un champ électrique se forme Jcond Les deux courants sont de signe opposé 11 Diagramme de bande Chapitre 2 : Jonction P-N et diodes 1. En reliant l'anode de la diode (zone P) au + de la pile et la cathode (zone N) au + les porteurs de charge traversent la jonction et un courant élevé parcourt le circuit. Les électrons et les trous participent alors simultanément aux phénomènes de conduction. Jonction PN sous polarisation • Cette polarisation va rompre l'équilibre entre les forces de diffusion et de conduction: => apparition d'un courant ? Modèle de dérive-diffusion du courant : ( , ) n n n . La polarisation de la jonction PN inverse par un faible courant électrique (parfois appelé effet transistor) permet de « commander » un courant beaucoup plus important, suivant le principe de l'amplification de courant. " Une diode à jonction PN est un dispositif semi-conducteur à deux bornes ou à deux électrodes. Le courant de diffusion transfigure la jonction PN et transforme celle-ci d'une manière fort intéressante. - Diode CdTe. exercices largeur de la zone de déplétion. 2.3.1.1 Photodétecteur à jonction pn idéale 2.3.1.1.1 Courant de diffusion Dans un semi-conducteur, une jonction pn se forme à l'interface entre une zone dopée avec des donneurs (région n) et une zone dopée avec des accepteurs (région p). . Le tableau périodique ou tableau de Mendeleïev sert à les répertorier comme l'indique la figure 1.1. Le champ électrique produit un courant . Générateur photovoltaïque I.2.2.1. Courant de saturation : jonction pn InSb Eg(300K)=0.24eV Eg(4K)=0.17eV. En direct, une diode Zener se comporte comme une diode ordinaire et par conséquent elles ont la même caractéristique. Objectifs d'apprentissage. La diode est un dipôle à semi-conducteur (jonction PN). Lorsque la jonction PN est polarisée en inverse, le mouvement de diffusion élargit la région de charge d'espace et augmente le champ électrique interne, ce qui est propice à la dérive des porteurs minoritaires mais pas à la diffusion de nombreux porteurs. Notices en rapport avec calcule de la tension de diffusion d une jonction. La figure 1 montre la caractéristique courant-tension d une diode de 9 mm2 de surface, relevee a FIG. Les valeurs de ces différents 22 Jonction pn et diode `a jonction 1. idiff est le courant de diffusion des majoritaires au travers de la jonction : il correspond `a la diffusion des ´electrons de n vers p et des trous de p vers n. Dans les deux cas, cela donne un courant positif. Diode de jonction PN: Maintenant, si nous réunissons les deux types de semi-conducteurs de type P et de type N, un nouveau dispositif est formé, appelé diode de jonction PN . Doubleur de tension [Exercices . La jonction PN en polarisation inverse : Revient à imposer un potentiel V inv + à droite, et - à gauche (donc un champ E inv) Dans ces conditions, l'énergie à droite va descendre de eV inv On défavorise le courant des porteurs majoritaires: I M = 0 Par contre, on favorise le courant de dérive, puisque E = E 0 + E inv. Une jonction PN est la région de faible épaisseur d'un mono cristal de semi-conducteur dans laquelle, la conductibilité passe graduellement (successivement) de la zone dopée en P vers la zone dopée en N. . Courant de diffusion négligeable de plus αW >> 1 W ph p 1 j q 1 e 1 L a) Expliquer qualitativement l'établissement de la barrière de potentiel dans une jonction PN à 5 • Porteurs majoritaires et minoritaires dans la jonction PN sous polarisation directe • Equation de la caractéristique d'une diode • Courant de saturation d'une jonction PN courte avec q la charge élémentaire de l'électron, S la section de la diode, n i la densité de porteurs intrinsèque, N A et N D les concentrations des dopages dans les zones P et N, D jonction pn exercice corrige pdf. Lorsque la tension Vp est négative, la jonction PN est bloquée; le courant inverse Ir = - I est théoriquement égal au courant de saturation Is tant que la tension n'atteint pas la valeur critique de la jonction. L'emploi d'une jonction PN comme injection de porteurs minoritaires dans une zone de quelques micromètres au delà de la jonction est à la base du fonctionnement des transistors. Après la formation de la jonction entre les deux types de semi-conducteurs provoque : o Un potentiel interne de la jonction apparait entre les deux niveaux de Fermi intrinsèques EF i. L'origine physique de ce potentiel interne est la . une jonction pn est dite à l'équilibre thermodynamique lorsque : o la polarisation appliquée entre les régions p et n est nulle. Exercice IV : Jonction PN hors équilibre thermodynamique : Etude petit signal La jonction PN est maintenant polarisée par une tension de la forme V a = V 0 + V 1 sin( t). FIG. Description de la jonction P-N 1.1 Phénomènes physiques à l'établissement de la jonction (pas de tension de polarisation, équilibre thermodynamique) • Il existe un gradient de concentration à la jonction les porteurs majoritaires d'une région Log In. Vidéo de question : Comparer les directions du courant de dérive et du courant de diffusion. Dans laquelle des zones suivantes la concentration d'électrons libres est-elle la plus grande ? capacite de la zce. La jonction PN polarisée en sens direct. . Tracer l'allure de la carctéristique courant-tension d'une diode à jonction, en précisant les conventions d'orientations choisies sur le symbole normalisé. Les propriétés surprenantes des jonctions PN proviennent de cette transfiguration, de cette métamorphose de la jonction PN. Technologie des diodes à jonction. diode cours et exercices corrigés pdf. La caractéristique courant-tension d une jonction N-P obéit à une équation de la forme [7] : où JoR et nR représentent respectivement les courants de recombinaison et le facteur de qualité de recombi-naison, et JOD et nD, le courant de diffusion et le facteur de qualité de diffusion. Fig. Pour faire la mesure, utiliser la position " diode " du multimètre. On fera l'hypothèse que les dimensions du dispositif sont petites devant les longueurs de diffusion des porteurs. Remarque: Par analogie avec les propriétés de la diode à vide, une application directe des propriétés de la . Figure 1 : Diode à jonction pn. Il existe donc au niveau de la jonction P-N un courant appelé courant de diffusion noté Id correspondant au déplacement des charges majoritaires et qui est dirigé de la région P vers la région N. Remarque: Id • augmente avec la température de la jonction. - à la jonction BE, le courant change légèrement de composit ion, suite aux excès de char ges dus à la polarisation positive et aux courants de diffusion qui en résultent - le débit d'électrons s'appauvrit faiblement et devient (.i E (avec ( proche de 1) - le déficit est comblé par le courant de diffusion de trous (1 - ().i E Les transistors (transfer resistor) bipolaires sont des applications importantes de la jonction PN. 2. iinv est le courant de saturation inverse ou courant de fuite. Tension de déplétion Dans une jonction PN au repos (aucune tension ne la traverse), il y a deux courants : un courant de dérive et un courant de diffusion. o le niveau de fermi est le même partout dans la jonction p-n. o le courant total est nul. Si on joint un semi-conducteur de type n avec un autre de type p, on obtient une jonction pn extrêmement utile dans des composantes électronique comme les diodes rectificatrices. Avec IS: courant inverse ou courant de saturation q = 1,6 .10-19 C k : constante de Boltzmann k = 1,38 .10-23 J/K Le courant inverse de la jonction P 2 N 1 augmente alors sensiblement et, si v T est suffisamment > 0, l'avalanche apparaît car les e-sont devenus nombreux en P 2 (et ont acquis de l'énergie). 2. A l'équilibre, les deux courants se neutralisent et le courant total dans la jonction est nul (relation d'Einstein). 5) . Physiquement, le courant de saturation inverse est une mesure de la « fuite » des porteurs à travers la jonction pn en polarisation inverse. [A] Le côté p [B] Le côté n [C] Au milieu de la jonction. Les connexions avec le milieu extérieur sont réalisées par des contacts métalliques. Le graphique ci-dessous montre la caractéristique courant-tension d'une diode à jonction PN. L'effet du courant de saturation inverse sur la courbe IV d'une cellule solaire en silicium cristallin est montré dans la figure à droite. 3-16. Avec 0 V aux bornes de la diode, il n'y a pas de courant inverse. VI Caractéristique de polarisation inverse Lorsqu'une tension de polarisation inverse est appliquée aux bornes d'une diode, il n'y a qu'un très faible courant inverse (IR) à travers la jonction pn. est dite polarisée en direct. Formation de la jonction p-n. En pratique, la jonction pn n'est pas forméeil suffit de rapprocher un bloc semi-conducteur de type p d'un bloc semi-conducteur de type n. En fait, la jonction p n est fabriquée selon une technique particulière, à savoir les méthodes de croissance, d'alliage et de diffusion. 1. Branchons maintenant le pôle positif de la batterie au semi-conducteur N. On observe un très faible courant \(i\). Ainsi, le franchissement de la ZCE par des porteurs de charge majoritaires créera le courant Id, dit de diffusion. La figure 2.8 (a) représente le modèle géométrique d'une photodiode à jonction pn sous illumination. Le courant qui traverse une jonction est I =I S. e q.V .k.T −1 - IS: courant de saturation I S=A.T 3 .e − W k.T - A : constante fonction du type de semi . Lorsque Ex > Ei, on va renforcer la diffusion des électrons de la région "N" vers "P" et des trous de la région "P" vers "N". Diode polarisée direct : sens . Représenter le symbole normalisé d'une diode, faire le lien entre ce schéma et les zones P et N de la jonction. L application la plus immédiate des propriétés de la jonction PN est la diode à semi-conducteur, Par analogie, la diode est conductrice dans le sens anode-cathode, la région P est appelée anode et la région N, cathode, 2. Une jonction PN est la région de faible épaisseur d'un mono cristal de semi-conducteur dans laquelle la conductibilité passe graduellement (successivement) de la . Après refroidissement, ces corps se solidifient formant une zone . b. Puisqu'une jonction se forme entre un matériau de type P et de type N, elle est appelée jonction PN. ®densité de courant [A/cm2] : V T= kT/q =26 mV à 300°K, potentiel thermodynamique [V] J n q n nEq n V T gradn ¾¾® =µ+µ! dS → Φ N: grandeur scalaire exprimée en kg s-1 J m: grandeur exprimée en kg m-2 s-1 En déduire l'existence d'un courant de diffusion. Ig= Courant de saturation, alors la jonction conduit en excès d'où on à la saturation. Les diodes et DEL sont des dipôles polarisés qui ne fonctionnent pas de la même manière selon le sens du courant électrique. " LA JONCTION PN 1) Notion sur la structure de la matière 1.1) Les différents types d'atomes Les matériaux sont constitués d'un assemblage d'atomes. - Caractéristique courant-tension d une jonction p-n de CdTe. le courant de diffusion. Définition de la jonction: c'est la mise en contact de 2 barreaux de semi-conducteur extrinsèque de type opposé (P avec N),la surface de séparation entre les 2 régions est appelée Jonction PN. Comme les objets qui sont diffusés dans la jonction PN sont des porteurs de charge, on a alors ce qu'on appelle un courant de diffusion au niveau de la jonction. La jonction est obtenue par la pose, sur une pastille de semi-conducteur N, d'une certaine quantité d'aluminium (figure 5-a) ou d'indium ; on chauffe l'ensemble de façon à obtenir la fusion de l'aluminium ou de l'indium, et la fusion partielle du semi-conducteur (figure 5-b). 9-transistor.odt 1 Vers quel côté de la jonction est orientée le sens du courant de diffusion net ? je s est le courant de saturation inverse, e = charge de l'électron, k est la constante de Boltzmann et T est la température en degrés Kelvin. Commençons par les électrons libres, les points bleus, et examinons comment ils pourraient se diffuser le long de la jonction. ID = courant de diffusion. remarque: - Pour le semi-conducteur de type N,les électrons sont des Majoritaires (plus nombreux)que les trous qui sont Minoritaires. Polarisation d'une diode: III.3.1. Les résultats obtenus trouveront leurs applications dans de nombreux composants plus complexes. 1. PDF | On Jan 23, 2020, Naceur Selmane published Physique des composants semi-conducteurs | Find, read and cite all the research you need on ResearchGate • augmente si la d.d.p. temperature, le coefficient de diffusion vaut : D = 2,5 x 10-8 cm2/s et l or introduit occupe des sites substitutionnels [9]. Ig= Courant de saturation, alors la jonction conduit en excès d'où on à la saturation. La Jonction PN en Circuit Ouvert Une jonction PN est constituée de deux zones respectivement dopées P et N et juxtaposées d'une façon que nous supposerons abrupte (figure-1), c'est-à-dire que la transition de la zone P à la zone N se fait brusquement.Lorsque l'on assemble les deux régions, la différence de concentration entre les . Ce dis-positif comprend trois couches semi-conductrices séparée par deux jonctions. Caractéristique courant-tension. Figure 3 : Formation de la jonction (PN) et diffusion des porteurs de charges (Électrons et trous). La boîte de jonction contient une diode anti-retour et un sectionneur pour chaque chaîne de panneaux (string). Vex va créer un champ Ex qui va compenser Ei. 5. Jonction PN polarisée en inverse. C'est un dipôle qui ne laisse passer le courant électrique que dans un sens. Ce dipôle est appelé diode de redressement lorsqu'il est utilisé pour réaliser les redresseurs qui permettent de transformer le courant alternatif en courant unidirectionnel. " «Une diode est appelée diode de jonction PN si elle est formée de type P d'un côté et de type N de l'autre ou en sens inverse. Avec 0 V aux bornes de la diode, il n'y a pas de courant inverse. II Etude de la jonction pn à l'équilibre thermodynamique 1°) Mouvement de charges au contact p66 2°) Tension de contact ou tension de diffusion p68 3°) Diagramme d'énergie p68 4°) Champ électrique et … La jonction PN • Mise en contact d'un semi-conducteur de type P et d'un semi-conducteur de type N Diffusion : les électrons de la zone N viennent combler les trous dans . Ig= Courant de saturation, alors la jonction conduit en excès d'où on à la saturation. Figure 5 : Jonction PN polarisée en inverse. 10 Principe de fonctionnement 19 Photodiode Cellule photovoltaïque • Principe de fonctionnement • Photo-courant • Réponse . Présentation Jonction PN . o la diffusion des porteurs majoritaires vers les régions de plus faible concentration - électrons … Définir une jonction p-n, la zone de transition, la barrière de potentiel. 2) La jonction PN - la diode. La jonction PN Une jonction est constituée par la juxtaposition de deux morceaux de semi-conducteurs dopés P et N issus d'un même cristal. J p q p pEq p V T gradp . Une jonction PN est la mise en contact entre un semi-conducteur type N et un semi-conducteur type P issus d'un même cristal. 1.2. Sans elle, nous n'aurions pas de transistors, ni de diodes, et encore moins de composants électroniques de haut niveau.