Le dispositif semi-conducteur est composé d'un matériau qui n'est ni un bon conducteur ni un bon isolant, il est appelé semi-conducteur. De tels dispositifs ont établi de larges applications en raison de leur fiabilité, de leur compacité et de leur faible coût. Ce sont des composants discrets qui sont utilisés dans les dispositifs d'alimentation, les capteurs optiques de compacité et les émetteurs de lumière, y compris les lasers à semi-conducteurs. Ils ont une large gamme de capacités de gestion du courant et de la tension, avec des courants nominaux supérieurs à 5 000 ampères et des tensions nominales supérieures à 100 000 volts. Plus important, dispositifs à semi-conducteurs se prêtent à une intégration dans des circuits microélectroniques complexes mais faciles à construire. Ils ont un avenir probable, les éléments clés de la majorité des systèmes électroniques, y compris les communications avec les équipements de traitement de données, de consommation et de contrôle industriel.

Que sont les dispositifs semi-conducteurs?

Les dispositifs à semi-conducteurs ne sont rien d'autre Composants electroniques qui exploitent les propriétés électroniques des matériaux semi-conducteurs, comme le silicium, le germanium et l'arséniure de gallium, ainsi que les semi-conducteurs organiques. Les dispositifs à semi-conducteurs ont remplacé les tubes à vide dans de nombreuses applications. Ils utilisent la conduction électronique à l'état solide par opposition à l'émission thermionique dans un vide poussé. Les dispositifs à semi-conducteurs sont fabriqués à la fois pour des dispositifs discrets et circuits intégrés , qui se composent de quelques à des milliards de dispositifs fabriqués et interconnectés sur un seul substrat ou plaquette semi-conducteur.

Dispositifs à semi-conducteurs

Les matériaux semi-conducteurs sont utiles par leur comportement qui peut être facilement manipulé par l'ajout d'impuretés est connu sous le nom de dopage. La conductivité des semi-conducteurs peut être contrôlée par le champ électrique ou magnétique, par exposition à la lumière ou à la chaleur, ou par la déformation mécanique d'une grille monocristalline dopée ainsi, les semi-conducteurs peuvent faire d'excellents capteurs. La conduction du courant dans un semi-conducteur se produit sans électrons ni trous, appelés collectivement porteurs de charge. Le dopage du silicium se fait en ajoutant une petite quantité d'atomes d'impuretés et aussi pour le phosphore ou le bore, augmente considérablement le nombre d'électrons ou de trous dans le semi-conducteur.

Lorsqu'un semi-conducteur dopé contient des trous en excès, il est appelé semi-conducteur de «type p» (positif pour les trous), et lorsqu'il contient un certain excès d'électrons libres, il est connu sous le nom de semi-conducteur de «type n» (négatif pour les électrons), est le signe de charge des opérateurs de charge mobile majoritaires. Les jonctions qui se sont formées là où les semi-conducteurs de type n et de type p sont assemblés sont appelées jonction p – n.

Diode

Un semi-conducteur la diode est un appareil généralement constitué d'une seule jonction p-n. La jonction d'un semi-conducteur de type p et de type n forme une région d'appauvrissement où la conduction du courant est réservée par l'absence de porteurs de charge mobiles. Lorsque le dispositif est polarisé en direct, cette région d'appauvrissement est réduite, ce qui permet une conduction significative, lorsque la diode est polarisée en inverse, le seul courant inférieur peut être atteint et la région d'appauvrissement peut être étendue. L'exposition d'un semi-conducteur à la lumière peut produire des paires de trous d'électrons, ce qui augmente le nombre de porteurs libres et donc la conductivité. Les diodes optimisées pour tirer parti de ce phénomène sont appelées photodiodes. Des diodes semi-conductrices composées sont également utilisées pour générer de la lumière, des diodes électroluminescentes et des diodes laser.

Diode

Transistor

Transistors à jonction bipolaire sont formés par deux jonctions p-n, en configuration p-n-p ou n-p-n. Au milieu ou à la base, la région entre les jonctions est généralement très étroite. Les autres régions, et leurs terminaux associés, sont appelées émetteur et collecteur. Un petit courant injecté à travers la jonction entre la base et l'émetteur modifie les propriétés de la jonction du collecteur de base afin qu'elle puisse conduire le courant même si elle est polarisée en inverse. Cela crée un courant plus important entre le collecteur et l'émetteur, et contrôlé par le courant base-émetteur.

Transistor

Un autre type de transistor nommé comme transistor à effet de champ , il fonctionne sur le principe que la conductivité des semi-conducteurs peut être augmentée ou diminuée par la présence d'un champ électrique. Un champ électrique peut augmenter le nombre d'électrons et de trous dans un semi-conducteur, modifiant ainsi sa conductivité. Le champ électrique peut être appliqué par une jonction p-n polarisée en inverse, et il forme un transistor à effet de champ à jonction (JFET) ou par une électrode isolée du matériau en vrac par une couche d'oxyde, et il forme un transistor à effet de champ semi-conducteur à oxyde de métal (MOSFET).

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Le plus utilisé aujourd'hui dans le MOSFET, un dispositif à semi-conducteurs, et des dispositifs à semi-conducteurs. L'électrode de grille est chargée pour produire un champ électrique qui peut contrôler la conductivité d'un «canal» entre deux bornes, est appelé la source et le drain. Selon le type de porteuse dans le canal, le dispositif peut être un MOSFET à canal n (pour les électrons) ou à canal p (pour les trous).

Matériaux des dispositifs semi-conducteurs

Le silicium (Si) est le matériau le plus largement utilisé dans les dispositifs à semi-conducteurs. Il a un coût de matière première inférieur et un processus relativement simple. Sa plage de température utile en fait actuellement le meilleur compromis parmi les différents matériaux concurrents. Le silicium utilisé dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs est actuellement fabriqué dans des bols d'un diamètre suffisamment grand pour permettre la fabrication de tranches de 300 mm (12 pouces).

Le germanium (Ge) était largement utilisé dans les premiers matériaux semi-conducteurs, mais sa sensibilité thermique le rend moins utile que le silicium. De nos jours, le germanium est souvent allié avec du silicium (Si) pour une utilisation dans des dispositifs SiGe à très grande vitesse. IBM est l'un des principaux producteurs de tels dispositifs.

L'arséniure de gallium (GaAs) est également largement utilisé avec les appareils à grande vitesse, mais jusqu'à présent, il a été difficile de former des bols de grand diamètre de ce matériau, limitant les tailles de diamètre des plaquettes nettement plus petites que les plaquettes de silicium, rendant ainsi la production de masse d'arséniure de gallium (GaAs) dispositifs nettement plus chers que le silicium.

Liste des dispositifs à semi-conducteurs courants

La liste des dispositifs à semi-conducteurs courants comprend principalement deux terminaux, trois terminaux et quatre terminaux.

Dispositifs à semi-conducteurs courants

Les appareils à deux terminaux sont

Diode (diode de redressement)
Diode Gunn
Diodes IMPACT
Diode laser
Diode Zener
Diode Schottky
Diode PIN
Diode tunnel
Diode électroluminescente (LED)
Transistor photo
Photocellule
Cellule photovoltaïque
Diode de suppression de tension transitoire
VCSEL

Les appareils à trois terminaux sont

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Transistor bipolaire
Transistor à effet de champ
Transistor Darlington
Transistor bipolaire à grille isolée (IGBT)
Transistor unijonction
Redresseur contrôlé au silicium
Thyristor
TRIAC

Les appareils à quatre terminaux sont

Coupleur photo (optocoupleur)
Capteur à effet Hall (capteur de champ magnétique)

Applications de dispositifs à semi-conducteurs

Tous les types de transistor peuvent être utilisés comme blocs de construction de portes logiques , ce qui est utile pour la conception de circuits numériques. Dans les circuits numériques comme les microprocesseurs, les transistors qui agissent comme un interrupteur (marche-arrêt) dans le MOSFET, par exemple, la tension appliquée à la grille détermine si l'interrupteur est passant ou non.

Les transistors utilisés pour les circuits analogiques n'agissent pas comme des interrupteurs (marche-arrêt) relativement, ils répondent à une plage continue d'entrée avec une plage continue de sortie. Les circuits analogiques courants comprennent les oscillateurs et les amplificateurs. Les circuits qui interfacent ou se traduisent entre les circuits analogiques et les circuits numériques sont appelés circuits à signaux mixtes.

Avantages des dispositifs semi-conducteurs

Comme les dispositifs à semi-conducteurs n'ont pas de filaments, aucune puissance n'est donc nécessaire pour les chauffer et provoquer l'émission d'électrons.
Comme aucun chauffage n'est nécessaire, les dispositifs à semi-conducteurs sont mis en service dès que le circuit est mis sous tension.
Pendant le fonctionnement, les dispositifs à semi-conducteurs ne produisent aucun bruit de bourdonnement.
Les dispositifs à semi-conducteurs nécessitent un fonctionnement à basse tension par rapport aux tubes à vide.
En raison de leurs petites tailles, les circuits impliquant des dispositifs à semi-conducteurs sont très compacts.
Les dispositifs à semi-conducteurs sont résistants aux chocs.
Les dispositifs à semi-conducteurs sont moins chers que les tubes à vide.
Les dispositifs à semi-conducteurs ont une durée de vie presque illimitée.
Comme aucun vide ne doit être créé dans les dispositifs à semi-conducteurs, ils n'ont aucun problème de détérioration du vide.

Inconvénients des dispositifs à semi-conducteurs

Le niveau de bruit est plus élevé dans les dispositifs à semi-conducteurs que dans les tubes à vide.
Les dispositifs à semi-conducteurs ordinaires ne peuvent pas gérer autant de puissance que les tubes à vide ordinaires.
Dans la gamme des hautes fréquences, ils ont un mauvais répondeur.

Ainsi, il s'agit de différents types de dispositifs à semi-conducteurs comprenant deux terminaux, trois terminaux et quatre terminaux. Nous espérons que vous avez une meilleure compréhension de ce concept. De plus, pour tout doute concernant ce concept ou les projets électriques et électroniques, merci de nous faire part de vos commentaires en commentant dans la section commentaires ci-dessous. Voici une question pour vous, quelles sont les applications des dispositifs à semi-conducteurs?

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