Exercice 1 : Propriété de conduction des semiconducteurs

F.S.I- Departement EEA Session 1, 2011-2012
L3 EEA, parcours R.E.L Epreuve de Physique des Composants
Durée : 1h30 (Documents autorisés)
L'unité de longueur est le cm dans les 2 exercices. Exercice 1 : Propriété de conduction des semi-conducteurs On s'intéresse au Phosphure d'Indium (InP)
I- Le matériau est supposé intrinsèque On donne à l'ambiante (T =300K = 27°C) :
Densités d'état : N c = N v = 10 18 cm -3
Hauteur de la bande interdite : E g = Ec - Ev = 1,35 eV
Mobilité des électrons de la bande de conduction : µn = 8000cm2/V.s
Mobilité des trous de la bande de valence : µp = 400cm2/V.s
KT = 26.10 -3 eV
Rappel des expressions des concentrations en porteurs libres :
[pic] et [pic]
1) Etablir l'expression de la concentration intrinsèque n i sachant que
le produit pn vaut : pn=ni2 et calculer sa valeur à 300K. 2) Calculer la conductivité intrinsèque (i et la résistivité ?i. II- Le matériau est maintenant dopé et de type N (semi-conducteur
extrinsèque).
La concentration en atomes dopants vaut : N D = 5.10 15 cm-3, la mobilité
des électrons est alors de 4000 cm2/V.s. 1) Calculer la conductivité ( et la résistivité ?.
2) La température est portée à T1 = 400K.
Dans ces conditions, la concentration intrinsèque vaut : ni1 = 5.10 9
cm3, calculer la concentration en trous p1. Que peut-on dire du caractère N
du Semi-conducteur ?
II- Diode à Jonction PN
On considère une Jonction PN aux régions courtes, réalisée avec du InP
(Phosphure d'Indium).
Ses caractéristiques à 300K sont :
Aire de la jonction : A = 1 cm 2
Bande Interdite : E g = 1,35 eV
Concentration intrinsèque su semiconducteur: n i = 5.10 6 cm-3
Unité thermodynamique : UT = kT/q = 26 mV
Charge élémentaire : q =1,6.10 -19 C | |Région P |Région N |
|Dopage (cm-3) |N A= 5.10 17 |N D =10 17 |
|Epaisseur (cm) |W P=10-4 (1µm)|W N=10-4 (1µm) |
|Cte de diffusion des |Dn=100 |Dp=10 |
|minoritaires (cm2/s) | | | Sous polarisation directe, on impose une densité de courant égale à : J =
1000 A/cm 2. 1) Rappeler l'expression de l'efficacité d'injection ( = Jp / Jn et
calculer sa valeur ; en déduire les valeurs de Jn et Jp à partir de la
densité de courant J imposée.