semi-conducteur (suite)
Conductibilité unidirectionnelle et applications de la jonction P-N
La dissymétrie de conductivité de la jonction P-N fait de cette association de semi-conducteurs le principe de base des diodes (dont les redresseurs) et des transistors. Dans le redresseur, c’est la conductibilité unidirectionnelle de la jonction qui est utilisée ; dans le transistor, qui comprend deux jonctions successives P-N et N-P ou N-P et P-N sous la forme d’un « sandwich » N-P-N ou P-N-P, la polarisation dans le sens direct de l’une des deux jonctions parvient, sous une intensité de courant relativement faible, à provoquer l’annulation des deux barrières de potentiel et, par là, à donner une forte conductivité aux deux jonctions. Le courant intense qui peut en résulter traduit la propriété amplificatrice du transistor. D’autres dispositions, telle celle du transistor MOS (Métal-Oxyde-Silicium), permettent d’agir sur l’intensité du courant passant entre deux cristaux semi-conducteurs de même type au moyen d’une électrode métallique isolée par une mince couche d’oxyde. D’autres encore, comme celle du transistor unijonction, présentent entre deux électrodes une conductance négative. Un champ magnétique, qui mobilise également les porteurs de charge, permet aussi de faire varier le courant électrique dans un semi-conducteur (effet Hall). Enfin, les caractéristiques de certains semi-conducteurs extrinsèques peuvent être affectées par la lumière ; on réalise ainsi des photoconductances et, avec certaines jonctions, des photodiodes.
Technologie du semi-conducteur
Le germanium et le silicium industriels sont inutilisables en raison de leur pureté insuffisante (de 10–3 à 10–4) et parce que leur structure cristalline est irrégulière. Une pureté convenable pour un semi-conducteur intrinsèque peut être obtenue par le procédé dit de fusion de zone, où le semi-conducteur est liquéfié dans un long creuset sous atmosphère réductrice (940 °C pour le germanium, 1 420 °C pour le silicium). La zone de fusion est lentement déplacée et entraîne avec elle les impuretés, qui se concentrent finalement à l’extrémité du barreau solidifié, que l’on coupe. Une cristallisation régulière est obtenue par tirage d’un monocristal appelé germe, qui tourne sur son axe et monte lentement après avoir été plongé dans le semi-conducteur purifié en fusion. Les jonctions sont obtenues : soit au cours du tirage, par dopage alterné de la masse en fusion, en impuretés du type P et du type N ; soit par alliage, c’est-à-dire par soudure des électrodes avec, par exemple, un apport de métal du type P sur un bloc de cristal du type N ou par fusion d’une bille d’indium sur une plaquette de germanium ; soit par attaque électrolytique et dépôt des électrodes (surface barrier) ; soit par diffusion sous vide (diodes mesa ou planar) ; soit par dépôt en surface (épitaxie), sur un semi-conducteur appelé substrat, d’une couche monocristalline due au passage d’un flux gazeux contenant un composé de l’autre type de semi-conducteur.
J.-C. S.
➙ Amplificateur électronique / Conducteur / Redresseur.
W. Shockley, Electrons and Holes in Semiconductors (New York, 1950). / G. Goudet et C. Meuleau, les Semi-Conducteurs (Eyrolles, 1957). / P. Aigrain et F. Englert, les Semi-Conducteurs (Dunod, 1958). / R. Guillien, les Semiconducteurs et leurs applications (P. U. F., coll. « Que sais-je ? », 1963 ; 3e éd., 1972). / E. J. Cassignol, Physique et électronique des semi-conducteurs (Dunod, 1965). / Physique des semi-conducteurs (Dunod, 1965). / S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices (New York, 1969). / R. Legros, les Semiconducteurs, t. I (Eyrolles, 1974).