4.1. Définition :
Lorsque le corps est parfaitement pur, il est qualifié d'intrinsèque. Un semi-conducteur à l'état pur (Intrinsèque) n'est pas un bon conducteur ni un bon isolant.
Les éléments uniques les plus utilisés pour les semi-conducteurs sont le Silicium (Si), le Germanium (Ge) et le Carbone (C). Des éléments composés sont aussi couramment utilisés pour les semi-conducteurs tels l'Arséniure de Gallium (AsGa).
Exemples : Les trois principaux semi-conducteurs utilisés en électronique sont : Silicium (Si), Germanium (Ge), Arséniure de gallium (AsGa).
Le matériau semi-conducteur actuellement le plus utilisé est le silicium. L'atome de silicium possède 14 électrons répartis comme suit :
- La première couche (K) comporte au plus 2 électrons.
- La deuxième couche (L) comporte au plus 8 électrons.
- La troisième couche (M) comporte au plus 4 électrons.
Figure 1.3: Atome de silicium.
Le silicium (Si) est un atome tétravalent : Il possède 4 électrons de valence qui vont se mettre en commun avec d'autres atomes de silicium pour avoir la forme cristalline§ (Figure 1.4).
Figure 1.4: (a) Réseau cristallin de Silicium pur, (b) Population des porteurs du SC intrinsèque et niveau de
La liaison covalente entre les atomes de silicium s'effectue par mise en commun de 2 électrons. Alors chaque atome est entouré de 8 électrons, ce qui est une configuration stable : Il y a occupation totale de la bande de valence, et donc le Si est isolant à basse température.
Notion de trou :
Lorsqu'une liaison covalente entre deux atomes se rompt, l'électron libéré laisse à sa place un vide appelé trou. Ainsi, un électron voisin peut venir combler ce trou. Le trou est donc appelé porteur positif.
Ainsi, toute rupture de liaison covalente donne naissance à deux mouvements désordonnés d'électrons :
Celui de l'électron libéré au sein du cristal.
Celui des électrons de liaisons covalentes circulant de trou en trou. On dit qu'on a un « déplacement de trou » pour ne pas confondre avec le déplacement de l'électron libre.