Le fait d'introduire en très faible quantité des
impuretés (opération appelée dopage)
dans un cristal de semi-conducteur
améliore fortement la conductivité du cristal. Si
un cristal de germanium ou de silicium a reçu des impuretés
pentavalentes (arsenic, phosphore, antimoine) il devient un semi-conducteur
à conductivité N (ex: silicium N). Un cristal de
germanium dopé par des impuretés trivalentes (indium,
gallium, bore) devient un semi-conducteur P.
Formation d'une jonction PN
En juxtaposant une zone dopée P et une zone
dopée N à l'intérieur d'un cristal
de semiconducteur, comme sur la figure ci-contre, on obtient une
jonction PN.
Dans la pratique on peut par exemple partir d'une monocristal
de silicium dopé P à la surface duquel est déposé
une fine couche d'un corps pentavalent (phosphore ou arsenic).
En chauffant le cristal à une température suffisante,
comprise entre la température de fusion du corps déposé
et celle du monocristal, des atomes du corps déposé
pénètrent dans le cristal par diffusion et
créent une zone N.
La zone
de transition
De part et d'autre de la jonction les porteurs majoritaires (électrons
et trous) s'attirent et se recombinent ; leurs charges s'annulant
il y a raréfaction des porteurs donc forte diminution de
la conductibilité dans une zone (la zone de transition)
de très faible épaisseur ( de l'ordre du micron).
Entre les deux zones habitées par des ions de polarités
contraire s'établit une différence de potentiel.
La jonction PN s'apparente à un condensateur
dont le diélectrique serait la zone de transition et les
zones P et N les armatures.
Sur la figure ci-contre les porteurs minoritaires n'ont pas été
représentés bien que leur rôle ne soit pas
négligeable dans la zône de transition.
La jonction
PN polarisée en sens inverse
Le dipôle constitué par le cristal de semi-conducteur
divisé par la jonction PN est une diode dont l'anode correspond
à la zone P et la cathode à la zone N.
En reliant la zone P à la borne - d'une source de tension
continue et la zone N à la borne +, les porteurs de charges
s'éloignent de la jonction et la jonction devient quasiment
isolante.
La diode est dite polarisée en sens inverse, le courant
qui la parcourt est très faible, il est dû aux porteurs
minoritaires.
La jonction PN polarisée
en sens direct
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.
La différence de potentiel entre les zones P et N provoquée
par la source de courant continu à la zone de transition
doit être suffisament élevé pour annuler la
différence de potentiel (quelques dixièmes de volts)
présente dans la jonction à l'état d'équilibre.
Formation d'une jonction PN
La zone
de transition
La jonction
PN polarisée en sens inverse
La jonction PN polarisée
en sens direct