Jonction p-n

Comme son nom l'indique, un semi-conducteur est un matériau dont les propriétés électriques le situent entre les conducteurs (de courant électrique) et les isolants. Le silicium (Si) est le semi-conducteur le plus utilisé, mais il en existe d'autres (germanium, arséniure de gallium). À l'état pur (on dit aussi intrinsèque) un bloc de silicium se présente comme une structure cristalline aux propriétés électriques proches de l'isolant. Tout l'intérêt du semi-conducteur réside dans la possibilité de le doper, c'est-à-dire la possibilité de modifier sa conductivité en substituant un atome étranger (impureté) à un atome de silicium.

Un atome de silicum est tétravalent (4 électrons sur sa couche de valence). Il complète sa couche de valence pour atteindre 8 électrons en s'associant à 4 autres atomes de Si selon une structure cristalline parfaite.

Le dopage type n consiste à ajouter une impureté donneuse d'électron. C'est le cas si on remplace un atome de silicium (Si) par un atome pentavalent comme le phosphore (P). La physique des semi-conducteurs explique que le cinquième électron de la couche de valence est très peu lié à son atome. L'ajout d'un atome de phosphore provoque alors l'apparition d'un ion fixe P⁺ et d'un électron libre. Un bloc de semi-conducteur dopé n est donc neutre, mais sa conductivité vient d'augmenter.

Le dopage type p consiste à ajouter une impureté accepteuse d'électron. C'est le cas si on remplace un atome de silicium (Si) par un atome trivalent comme le bore (B). La physique des semi-conducteurs explique que l'atome de bore cherche à récupérer un électron. L'ajout d'un atome B provoque alors l'apparition d'un ion fixe B^- et d'un trou. Un trou représente une absence d'électron. On peut le définir comme une particule de charge positive -e (e est la charge de l'électron). Un bloc de semi-conducteur dopé p est donc neutre, mais sa conductivité vient d'augmenter.

• Un bloc de silicium dopé est dit extrinsèque.
• Un semi-conducteur extrinsèque de type n est donneur d'électron alors qu'un semi-conducteur extrinsèque de type p est donneur de trous. Un moyen mnémotechnique consiste à retenir que n signifie donneur de charges libres négatives et p donneur de charges libres positives.
• Il ne faut pas confondre la lettre p caractérisant le dopage et la lettre P représentant un atome de phosphore.
• Il est important de distinguer les charges fixes (les ions P⁺ et B^-) des charges libres (électrons libres et trous de valence). Seuls ces derniers sont mobiles.
• Doper un semi-conducteur exige une atmosphère ultra-contrôlée. Il faut savoir que seul un atome de dopant est injecté parmi des milliards d'atome de Si. Le comportement électrique du semi-conducteur dépend de la pureté du cristal. C'est une fabrication qui s'effectue en salle blanche.