Qu'est-ce que la concentration de porteurs?
La concentration de la porteuse est le nombre d'électrons disponibles pour passer à travers un semi-conducteur. Un semi-conducteur est un dispositif électronique qui conduira l’électricité lorsqu’une source d’énergie est appliquée. Des cristaux ou des matériaux amorphes ou non cristallins sont fabriqués pour former un matériau semi-conducteur. Des traces de molécules de métal, appelées dopants, peuvent être ajoutées pour fournir des électrons supplémentaires pour le transport du courant électrique.
Une molécule est composée d’un noyau central entouré d’anneaux ou de coquilles d’électrons constamment en mouvement. Certains matériaux, appelés donneurs, ont un électron relativement éloigné du noyau qui peut être délogé par les courants électriques ou la lumière du soleil. Différentes molécules, appelées accepteurs, sont dépourvues d'électron dans l'enveloppe externe et peuvent prendre les électrons libres présents. Un semi-conducteur utilise des molécules donneurs et accepteurs placées dans un matériau cristallin ou amorphe. Les espaces pour les électrons dans les matériaux accepteurs sont souvent appelés des trous.
Le silicium, à la fois cristallin et amorphe, est couramment utilisé pour les semi-conducteurs. Il peut transmettre des électrons sous forme de matériau pur à différentes températures. Ceci est connu comme la concentration intrinsèque de porteurs. Le silicium pur est rarement utilisé comme semi-conducteur car la concentration intrinsèque est assez faible. D'autres matériaux, tels que le germanium ou le carbure de silicium, ont une concentration de porteurs intrinsèques plus élevée et peuvent être utilisés comme semi-conducteurs purs.
De petites quantités de dopants peuvent modifier les propriétés d'un semi-conducteur et permettre un flux d'électrons avec une résistance moindre. La mesure de la capacité en électrons des semi-conducteurs dopés est connue sous le nom de concentration de porteurs extrinsèques. Cette valeur est utilisée pour calculer les propriétés électriques du semi-conducteur dans un circuit électronique. Les modifications de la concentration en porteurs résultant du contrôle du dopage affecteront les propriétés électriques du semi-conducteur.
Un semi-conducteur contient trois sections. La bande de conduction est un matériau dopé avec des molécules traces ayant un excès d’électrons. Le matériau Gap, généralement un matériau pur sans dopage, est placé au centre. La dernière couche est la couche de valence, où le matériau est dopé avec des molécules à l'état de traces dépourvues d'électrons.
Il existe de nombreuses utilisations courantes des semi-conducteurs autres que dans les appareils électroniques. Les panneaux solaires sont composés de cellules en silicium amorphe connectées à des circuits électriques. L'énergie de la lumière du soleil libère des électrons dans la bande de conduction qui traverse les semi-conducteurs en silicium et crée un courant électrique. L'électricité créée à partir de panneaux solaires est généralement utilisée pour charger des groupes de batteries en vue d'une utilisation ultérieure.
Les diodes électroluminescentes, ou DEL, sont des dispositifs couramment utilisés pour éclairer les maisons, les entreprises et les véhicules. Un courant électrique active un semi-conducteur contenant des dopants qui émettent une lumière visible lorsque les électrons les traversent. Les LED produisent très peu de chaleur excédentaire, sont écoénergétiques et ont une longue durée de vie utile.