Types et classifications des matériaux semi-conducteurs

Lesmatériaux semi-conducteurs sont essentiels à l'électronique moderne. Ils sont utilisés dans la création de divers dispositifs, tels que les transistors, les diodes et les circuits intégrés. Explorons le principe de fonctionnement et les différents types utilisés dans l'industrie aujourd'hui.

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur ?

Un semi-conducteur est un matériau dont la conductivité électrique se situe entre celle d'un conducteur et celle d'un isolant. Cela signifie que, dans certaines conditions, les semi-conducteurs peuvent conduire l'électricité, mais ils ne sont pas aussi conducteurs que les métaux. Les matériaux semi-conducteurs les plus connus sont le silicium (Si) et le germanium (Ge). Leurs propriétés les rendent indispensables à la fabrication de composants électroniques tels que les micropuces, les cellules solaires et les diodes électroluminescentes (DEL).

Les propriétés conductrices des semi-conducteurs peuvent être modifiées par l'introduction d'impuretés, un processus connu sous le nom de dopage. En ajoutant différents types de dopants, la conductivité électrique du matériau peut être contrôlée, ce qui permet de créer des caractéristiques électriques spécifiques pour différentes applications.

Comment fonctionnent les semi-conducteurs ?

Les semi-conducteurs reposent sur le comportement des électrons et des trous pour conduire l'électricité. À l'état pur, un semi-conducteur possède peu d'électrons libres pour conduire l'électricité. Toutefois, l'introduction d'impuretés (dopants) permet d'augmenter le nombre d'électrons libres ou de trous (l'absence d'un électron).

Lorsqu'une tension externe est appliquée à un semi-conducteur, les électrons se déplacent vers le côté positif, tandis que les trous se déplacent vers le côté négatif. Ce mouvement crée un courant électrique. C'est le principe de fonctionnement de base des diodes, des transistors et d'autres dispositifs à base de semi-conducteurs.

Types de semi-conducteurs

Il existe deux principaux types de semi-conducteurs : les semi-conducteurs intrinsèques et les semi-conducteurs extrinsèques.

Semi-conducteurs intrinsèques: Il s'agit de matériaux purs qui n'ont pas été dopés avec des impuretés. La conductivité des semi-conducteurs intrinsèques dépend de la température. Au zéro absolu, ils ne conduisent pas l'électricité.

Semi-conducteurs extrinsèques: Il s'agit de semi-conducteurs qui ont été intentionnellement dopés avec des impuretés pour améliorer leur conductivité. Le processus de dopage ajoute des électrons ou des trous libres au matériau, selon le type de dopant utilisé. Les semi-conducteurs extrinsèques peuvent être classés en deux catégories :

• Type N (type négatif): Ces semi-conducteurs sont dopés avec des éléments qui fournissent des électrons supplémentaires, ce qui augmente leur conductivité.
• Type P (type positif): Ces semi-conducteurs sont dopés avec des éléments qui créent des trous, ce qui augmente également leur conductivité.

Groupes de matériaux semi-conducteurs

Les matériaux semi-conducteurs sont généralement regroupés en fonction de leur nature élémentaire ou composée. Les principaux groupes sont les suivants

Les semi-conducteurs élémentaires: Il s'agit de matériaux tels que le silicium (Si) et le germanium (Ge), qui sont des éléments purs et les plus courants dans la fabrication des semi-conducteurs.

Les semi-conducteurs composés: Ils sont fabriqués à partir de deux éléments ou plus et sont souvent utilisés pour des applications spécifiques telles que l'optoélectronique. L'arséniure de gallium (GaAs) et le phosphure d'indium (InP) en sont des exemples.

Semi-conducteurs organiques: Ces matériaux sont basés sur des composés contenant du carbone et sont utilisés dans l'électronique flexible, les diodes électroluminescentes organiques (OLED) et les cellules solaires organiques.

Semi-conducteurs alliés: Ils sont composés de deux éléments ou plus dans des proportions variables pour créer des semi-conducteurs aux propriétés électriques spécifiques. Par exemple, l'arséniure de gallium-phosphide (GaAsP) est utilisé dans les diodes électroluminescentes.

Liste des matériaux semi-conducteurs

Voici une liste des matériaux semi-conducteurs couramment utilisés :

Ces matériaux sont sélectionnés en fonction de leurs propriétés électriques, optiques et thermiques spécifiques. Ils sont utilisés dans des applications allant de l'électronique quotidienne aux technologies de pointe telles que les lasers et les cellules solaires.

Pour en savoir plus : La liste essentielle des matériaux électroniques

Questions fréquemment posées

De quoi sont faits les semi-conducteurs ?
Les semi-conducteurs sont généralement constitués d'éléments tels que le silicium (Si), le germanium (Ge) et de matériaux composés tels que l'arséniure de gallium (GaAs) et le phosphure d'indium (InP).

En quoi les semi-conducteurs diffèrent-ils des isolants et des conducteurs ?
La conductivité des semi-conducteurs se situe entre celle des isolants (qui ne conduisent pas l'électricité) et celle des conducteurs (qui permettent une circulation aisée de l'électricité). Leur conductivité peut être contrôlée par le dopage.

Qu'est-ce que le dopage dans les semi-conducteurs ?
Le dopage consiste à ajouter des impuretés à un matériau semi-conducteur afin de modifier ses propriétés électriques. Cette opération est essentielle pour créer différents types de semi-conducteurs, tels que le type N et le type P.

Quelles sont les applications des semi-conducteurs ?
Les semi-conducteurs sont utilisés dans un large éventail d'applications, notamment les transistors, les diodes, les micropuces, les cellules solaires et les diodes électroluminescentes (DEL).

À quoi servent les semi-conducteurs composés ?
Les semi-conducteurs composés tels que l'arséniure de gallium (GaAs) et le nitrure de gallium (GaN) sont utilisés dans l'électronique à grande vitesse, l'optoélectronique et les dispositifs de puissance en raison de leurs propriétés électriques et optiques supérieures.