10.6 : Bases des semi-conducteurs

Une jonction p-n est formée lorsque des matériaux semi-conducteurs de type p et de type n sont assemblés. À l'interface de la jonction p-n, les trous du côté p et les électrons du côté n commencent à diffuser dans les côtés opposés en raison du gradient de concentration. Cette diffusion de porteurs conduit à une région autour de la jonction où il n’y a pas de porteurs de charge libres, connue sous le nom de région d’appauvrissement. La densité de charge dans la région d'appauvrissement pour le côté n et le côté p peut être décrite par les équations:

Où q est la charge élémentaire, N_D et N_A sont respectivement les concentrations de dopage donneur et accepteur.

Les charges fixes dans la région d'appauvrissement créent un champ électrique (E), pointant du côté n vers le côté p, s'opposant à une diffusion ultérieure des porteurs. Ce champ électrique donne lieu à une différence de potentiel aux bornes de la jonction, connue sous le nom de tension intégrée (V_0), qui peut être calculée par:

Où V_T est la tension thermique et n_i est la concentration intrinsèque de porteurs.

Il existe deux types de courants dans une jonction p-n : le courant de diffusion dû à la diffusion des porteurs et le courant de dérive dû au champ électrique. À l'équilibre, l'amplitude du courant de diffusion est égale à l'amplitude du courant de dérive, ce qui entraîne l'absence de flux de courant net à travers la jonction. Dans des conditions de circuit ouvert, il n'y a pas de courant externe et la tension intégrée de la couche d'appauvrissement équilibre le potentiel de contact au niveau des jonctions métal-semi-conducteur, ce qui entraîne une tension nette nulle aux bornes.

La tension de barrière intégrée et la largeur de la région d'appauvrissement jouent un rôle essentiel dans le comportement de la jonction. La largeur de la région d'appauvrissement détermine la capacité de la jonction et affecte la façon dont la jonction répondra aux tensions externes.