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Dans cet article, nous verrons un peu ce que sont les dispositifs à semi-conducteurs en général, quels sont les types de dispositifs à semi-conducteurs les plus connus et bien d’autres aspects des semi-conducteurs.

Introduction

Au cours des 70 dernières années, les semi-conducteurs sont devenus un élément crucial dans la fabrication de l’électronique. Depuis l’invention du transistor, le monde de l’électronique a toujours été sur une courbe exponentielle en termes de recherche, de développement, de fabrication, en apportant de nouveaux dispositifs et technologies.

Les dispositifs électroniques sont tous sur la manipulation de l’information c’est-à-dire la transmission à grande vitesse, l’acquisition et le traitement dans les domaines des industries et de la fabrication, des communications, des arts, de la médecine et même dans la guerre.

Mais tout cela peut être ramené au cœur de l’électronique moderne et de sa fabrication : Les dispositifs semi-conducteurs.

Même si un système électronique est fabriqué à l’aide de métaux, d’isolants et de semi-conducteurs (nous en reparlerons plus tard), les semi-conducteurs sont considérés comme l’épine dorsale de l’électronique.

Qu’est-ce qu’un semi-conducteur ?

Avant d’entrer dans la discussion sur les différents types de dispositif semi-conducteur, il est essentiel d’avoir une idée de ce qu’est un semi-conducteur.

En termes simples, les semi-conducteurs sont des matériaux qui ne sont ni conducteurs ni isolants. En développant un peu plus sur ce sujet, les matériaux sont classés en conducteurs, isolants et semi-conducteurs en fonction de leur capacité à conduire l’électricité.

Les conducteurs sont des matériaux ayant une très bonne capacité à transporter l’électricité. Généralement, les métaux ont une bonne conductivité électrique et vous pouvez trouver du Cuivre ou de l’Aluminium dans le câblage électrique de votre maison.

Au contraire, les Isolants sont des matériaux ayant une très mauvaise conductivité électrique. Le verre, le bois et le papier sont de bons exemples d’Isolants.

Maintenant, parlons de la catégorie de matériaux importante pour notre discussion c’est-à-dire les semi-conducteurs. A température ambiante, les semi-conducteurs sont des matériaux dont la conductivité électrique est plus faible que celle des conducteurs, mais plus élevée que celle des isolants.

NOTE : Pour une compréhension plus détaillée des semi-conducteurs, vous devez creuser profondément dans la mécanique quantique magnifiquement compliquée, ce qui est « certainement » hors du champ de cette discussion.

Matériaux semi-conducteurs

Parlant en termes de conductivité électrique avec des unités de Ω-1 cm-1, les matériaux semi-conducteurs sont ceux dont la conductivité électrique est comprise entre 10-9 Ω-1 cm-1 et 102 Ω-1 cm-1.

Traditionnellement, les éléments du groupe IV comme le Silicium (Si) et le Germanium (Ge) sont considérés comme les matériaux semi-conducteurs élémentaires c’est-à-dire des semi-conducteurs avec seulement des espèces d’atomes uniques.

Il existe d’autres types de matériaux semi-conducteurs qui peuvent être formés en combinant des éléments du groupe III avec celui des éléments du groupe V et ils sont connus comme des semi-conducteurs composés. L’arséniure de gallium (GaAs) est le matériau semi-conducteur le plus connu de cette catégorie et, en fait, il est le deuxième après le silicium comme matériau semi-conducteur le plus couramment utilisé.

Que sont les dispositifs semi-conducteurs ?

En termes simples, les dispositifs à semi-conducteurs sont un type de composants électroniques qui ont été conçus, développés et fabriqués à partir des matériaux semi-conducteurs comme le silicium (Si), le germanium (Ge) et l’arséniure de gallium (GaAs).

Depuis leur utilisation à la fin des années 1940 (ou au début des années 1950), les semi-conducteurs sont devenus le principal matériau dans la fabrication de l’électronique et de ses variantes comme l’optoélectronique et la thermoélectronique.

Avant l’utilisation des matériaux semi-conducteurs dans les dispositifs électroniques, les tubes à vide étaient utilisés pour la conception des composants électroniques. La principale différence entre les tubes à vide et les dispositifs semi-conducteurs est que dans les tubes à vide, la conduction des électrons se produit à l’état gazeux alors que dans le cas d’un dispositif semi-conducteur, elle se produit à « l’état solide ».

Les dispositifs semi-conducteurs peuvent être trouvés à la fois comme des dispositifs à composants discrets ainsi que des circuits intégrés.

Pourquoi des semi-conducteurs ?

La principale raison de l’utilisation de dispositifs semi-conducteurs (et donc des matériaux semi-conducteurs sous-jacents) dans la fabrication de dispositifs et de composants électroniques est la possibilité de manipuler facilement sa conductivité des porteurs de charge, c’est-à-dire les électrons et les trous.

Comme mentionné précédemment, la conductivité électrique des matériaux semi-conducteurs se situe entre celle des conducteurs et des isolants. Même cette conductivité peut être encore contrôlée par des facteurs externes ou internes comme le champ électrique, le champ magnétique, la lumière, la température et la distorsion mécanique.

En tenant compte des facteurs externes comme la température et la lumière pour le moment, un processus appelé Dopage est généralement effectué aux matériaux semi-conducteurs, où une impureté est introduite dans sa structure pour changer les propriétés structurelles ainsi que les propriétés électriques.

Un semi-conducteur pur est connu sous le nom de semi-conducteur intrinsèque tandis qu’un semi-conducteur impur ou dopé est connu sous le nom de semi-conducteur extrinsèque.

Lorsque le nombre d’électrons libres dans la structure du semi-conducteur est augmenté après le dopage, le semi-conducteur est connu comme un semi-conducteur de type n. De même, si les trous sont augmentés, il est connu comme semi-conducteur de type p.

Différents types de dispositifs à semi-conducteurs

Voici une petite liste de certains dispositifs à semi-conducteurs couramment utilisés. En fonction de la structure physique du dispositif, la liste suivante est classée en dispositifs à deux bornes et dispositifs à trois bornes.

Dispositifs à semi-conducteurs à deuxterminaux

• Diode
• Diode Schottky
• Diode électroluminescente (LED)
• DIAC
• Diode Zener
• Photo Diode (Photo Transistor)
• PIN Diode
• Diode laser

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• Diode tunnel
• Photo Cellule
• Pile solaire
• Diode Gunn
• Diode IMPATT
• DiodeTVS (Diode de suppression de tension transitoire)
• VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)

Dispositifs à semiconducteurs à troissemi-conducteurs

• Transistor bipolaire
• Transistor à effet de champ
• Transistor bipolaire à grille isolée (IGBT)
• Transistor Darlington
• . Transistor
• Radaptateur à commande par silicium (SCR)
• TRIAC
• Thyristor
• Transistor ànijonction

Il existe également quelques semi-conducteurs à quatrebornes comme l’optocoupleur (photocoupleur) et le capteur à effet Hall.

Pour plus d’informations sur certains des dispositifs à semi-conducteurs mentionnés ci-dessus, lisez « Diode à jonction P-N », « Transistor », « Thyristor ».

Applications des dispositifs à semi-conducteurs

Comme mentionné précédemment, les dispositifs à semi-conducteurs sont la base de presque tous les dispositifs électroniques. Voici quelques-unes des applications des dispositifs à semi-conducteurs :

• Les transistors sont les principaux composants de divers circuits intégrés comme les microprocesseurs.
• En fait, ils sont les principaux composants dans la construction des portes logiques et d’autres circuits numériques.
• Les transistors sont également utilisés dans les circuits analogiques comme les amplificateurs et les oscillateurs.

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