Semi-conducteur intrinsèque

Un semi-conducteur intrinsèque est un matériau semi-conducteur dont le comportement électrique ne dépend que de sa structure, et non de l'adjonction d'impuretés comme dans le cas du dopage.

Caractéristiques

Mis à part d'éventuels défauts cristallins, la conductivité électrique d'un semi-conducteur est intégralement déterminée par la structure du matériau et ne dépend que de la température. Au zéro absolu, cette conductivité est nulle. Lorsque la température augmente, la probabilité qu'un électron de la bande de valence obtienne suffisamment d'énergie pour rejoindre la bande de conduction augmente également. En conséquence, la conductivité du semi-conducteur augmente par génération thermique.

Densité des porteurs de charge

Dans un semi-conducteur intrinsèque, les densités d'électrons (n) et de trous (p) sont égales et valent n_i :

$n_i=\sqrt{N_c.N_v}.e^{-\frac{E_G}{2kT}}$,

où

• N_c et N_v sont des densités d'états effectives dans la bande de conduction et dans la bande de valence respectivement.
• E_G la largeur du gap, de l'ordre de l'eV
• kT l'énergie thermique, produit de la constante de Boltzmann et de la température, qui vaut 26 meV à température ambiante.

Les densités N_c et N_v dépendent faiblement de la température. Pour des bandes paraboliques de masse effective m_c et m_v, on a :

$N_{c,v} = 2\left( \frac{m_{c,v}k T}{2\pi \hbar^2}\right)^{3/2} = \left( \frac{m_{c,v}}{m_0}\right)^{3/2} \left(\frac{T}{300}\right)^{3/2}\times 2.5 \times 10^{19}\ (\text{cm}^{-3}).$

Exemples

Ce comportement correspond à un semi-conducteur parfait, c'est-à-dire sans défaut structurel ou impureté chimique. Un semi-conducteur réel n'est jamais parfaitement intrinsèque, mais certains matériaux peuvent se rapprocher de ce comportement idéal, comme le silicium monocristallin pur.

Les semi-conducteurs intrinsèques ne conduisent que très peu le courant, sauf à des températures élevées. La technique du dopage permet — entre autres — de pallier ce problème.

Voir aussi

• Semi-conducteur
• Dopage (semi-conducteur)