Transistor | Ce sont des caractéristiques importantes | Bande interdite directe et indirecte

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Dans cet article, nous discuterons des concepts de base liés au transistor et à ses caractéristiques. 

Qu'est-ce qu'un transistor?

Définition d'un transistor:

«Le transistor est un dispositif semi-conducteur avec trois parties de connexion. Cet appareil est principalement utilisé pour une application d'amplification à commutation de signaux électroniques ».

Caractéristiques d'un transistor:

  • Un transistor représente la relation entre le courant et les tensions.
    • C'est un réseau à deux ports en général
    • Chacun des modes de transistor a des caractéristiques d'entrée, des caractéristiques de sortie et des caractéristiques de transfert de courant différentes.
    • Un transistor a trois pôles et chacun des pôles est principalement constitué d'un substrat de type N et de type P.

Un transistor se compose de trois bornes

  • Emetteur
  • Notes de fond
  • Collector

Transistor s'est divisé en deux catégories clés

  • Transistor bipolaire de jonction (BJT)
  • Transistor à effet de champ (FET)

Il existe également trois modes dans un transistor

  • Émetteur commun ou mode CE
  • Base commune ou mode CB
  • Collecteur commun ou mode CC

Schéma du transistor PNP et NPN

Transistor PNP et NPN
Transistor PNP et NPN

Pour en savoir plus sur les transistors PNP et NPN, nous devons d'abord connaître les semi-conducteurs de type P et de type N.

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur de type P?

Un semi-conducteur de type P (Lien) est un type de semi-conducteur lorsqu'une certaine impureté (principalement trivalente) est ajoutée au semi-conducteur intrinsèque ou pur. Dans ces types, les trous sont majoritaires et l'électronique est des porteurs minoritaires. Les impuretés trivalentes peuvent être du bore (B), du gallium (Ga), etc.

Qu'est-ce que le semi-conducteur de type N?

Un semi-conducteur de type N est un type de semi-conducteur lorsque certaines impuretés (principalement pentavalentes) sont dopées sur un semi-conducteur extrinsèque. En cela, les électrons sont des porteurs majoritaires ou primaires, et les trous sont des porteurs minoritaires ou secondaires.

Certains des exemples sont le phosphore (P), l'arsenic (As), etc.

Dans les semi-conducteurs de type N et de type P, on observe différents types de «bandes d'énergie» qui jouent un rôle important dans le fonctionnement d'un transistor; elles sont:-

Crédit image: Tem5psuDopage N et pCC BY-SA 4.0

Qu'est-ce que Band Gap?

Écart de bande

«La bande interdite fait référence à la différence d'énergie entre le haut de la bande de cantonnière et le bas de la bande de conduction dans un isolant et un semi-conducteur.»

- Il s'agit d'une gamme d'énergie pour solide essentiellement où aucun état d'électrons ne peut exister.

Diagramme d'écart de bande

Espace interdit

- Dans un solide, la gamme d'énergies qu'un électron dans un solide peut avoir une bande d'énergie, et une gamme d'énergie qu'il peut ne pas avoir est appelée l'intervalle interdit.

Diagramme de l'écart interdit
Crédit image: S-keiComparaison de BandGap avec fermi-ECC BY-SA 2.5

Bande de cantonnière et bande de conduction

Dans les états solides, la bande de valance et les bandes de conduction sont les bandes les plus proches du niveau de Fermi (une grandeur thermodynamique notée µ) et déterminent la conductivité électrique des solides.

Bande de cantonnière et de conduction

Pour construire un transistor, nous avons besoin de deux types de semi-conducteurs, qui sont:

1. Semi-conducteur intrinsèque

Semi-conducteur intrinsèque
  • - Les matériaux sont à l'état pur
  • - Faible conductivité électrique
  • - Nb d'électrons libres dans la bande de conduction = Nb de trous dans la bande de cantonnière
  • - La conductivité électrique est influencée par la température.

2. Semi-conducteur extrinsèque

Semi-conducteur extrinsèque

Les semi-conducteurs extrinsèques sont divisés en deux types supplémentaires

  • type n
  • type p
  • - Matériau impur dopé avec des dopants de type p et de type n
  • - Les nombres de trous et d'électrons ne sont pas égaux
  • - Haute conductivité électrique
  • - Les impuretés comme Sb, P, ln, Bi sont dopées avec des atomes de silicium et de germanium.

Bande interdite directe et indirecte

Dans l'électronique à semi-conducteurs, la bande interdite d'un semi-conducteur peut être classée sous les formes de base comme suit:

  • Bande interdite directe
  • Bande interdite indirecte.
Bande interdite directe

Bande interdite indirecte

En fonction des structures de bande, les substances ont une bande interdite directe ou une bande interdite indirecte.

  • La bande interdite directe se produit lorsque l'impulsion du niveau de basse énergie de la région conductrice et du niveau de haute énergie de la région de valence sont similaires.
  • La bande interdite en direct se produit lorsque l'impulsion du niveau de basse énergie de la région conductrice et du niveau de haute énergie de la région de valence ne sont pas similaires.
  • Lorsqu'un électron a une énergie suffisante, il peut atteindre la bande conductrice. Dans ce processus, des photons sont émis.  
  • Pour un matériau à bande interdite indirecte, le photon et le phonon doivent être inclus dans une transition du haut de la bande de valence supérieure à la bande de conduction inférieure.

L'état d'énergie max dans la bande de valence et l'état d'énergie min dans la bande de conduction se distinguent par le vecteur k des zones de Brillouin ou un moment cristallin particulier. Dans le cas où les k-vecteurs sont distincts, la substance présente un «écart indirect». La bande interdite est dite directe si le mouvement cristallin des trous et des électrons est égal dans les bandes de conduction et de valence; un e- pourrait émettre un photon. Un photon ne peut pas être émis dans un intervalle «indirect» puisque l'électron doit passer par un photon intermédiaire et transférer son impulsion dans le réseau cristallin.

Qu'est-ce que les matériaux semi-métalliques?

Dans certaines substances à écart direct, la valeur de la différence est négative. Ces substances sont appelées semi-métaux.

Effet Moss – Burstein

L'effet Moss-Burstein ou décalage de Burstein-Moss est le prodige où la bande interdite d'un semi-conducteur peut augmenter.

  • Ceci est observé pour une distribution d'électrons dégénérée ou dans certaines variantes de semi-conducteurs.  
  • Selon le changement de Moss-Burstein, l'écart de bande est
Effet Moss – Burstein

Écart de bande apparent = Écart de bande réel + décalage de Moss-Burstein

Dans le semi-conducteur ostensiblement dopé, le niveau de Fermi se trouve entre les bandes de valence et de conduction.

Par exemple, dans un semi-conducteur de type n, lorsque la concentration de dopage augmente, les électrons se peuplent dans les régions de conduction qui obligent le niveau de Fermi à une étiquette d'énergie plus élevée.

Le niveau de Fermi est situé dans la bande de conduction pour une quantité dégénérée de dopage. Le principe d'exclusion de Pauli interdit l'excitation pour ces états pré-occupés. Ainsi une augmentation s observée apparemment dans la bande interdite.

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À propos de Soumali Bhattacharya

Je suis actuellement investi dans le domaine de l'électronique et de la communication.
Mes articles se concentrent sur les principaux domaines de l'électronique de base dans une approche très simple mais informative.
Je suis un apprenant vif et j'essaie de me tenir au courant de toutes les dernières technologies dans le domaine de l'électronique.

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