fonctionnement précis d'une diode

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bonjour à tous,

débutante en électronique, je cherche à comprendre le fonctionnement
d'une diode au niveau atomique. Je trouve beaucoup d'informations sur
les semi conducteurs dopés N et P, mais très peu sur leur assemblage et
le flux d'électrons qui en résultent, avec ou sans tension. (Les livres
et internet s'arrêtent au fonctionnement statique, mais ne donnent pas
beaucoup d'informations sur le passage des électrons.)

Comment décrire simplement le passage des électrons, dans un sens comme
dans l'autre ? Et pourquoi les électrons passent-ils facilement dans un
sens et pas dans l'autre ?

Merci d'avance et bonne année. :)

Re: fonctionnement précis d'une diode

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Bonjour,

ce n'est pas forcément évident de faire très synthétique...bon, vous devez
d'abord considérer l'agitation thermique qui dans un conducteur fait aller
les électrons libres en toutes directions. Le phénomène est isotrope
(identique dans toutes les directions) et la distribution des vitesses des
électrons suit une loi statistique qui dépend de la température. On trouvera
beaucoup d'électrons lents et peu de rapides. Plus le matériau est chaud et
plus le nb d'électrons libres sera grand et plus la 'vitesse quadratique
moyenne' des électrons sera grande. Imaginez un essaim de moustiques en
été...on appelle ce mouvement 'désordonné' mais obéissant à des lois
statistiques un mouvement Brownien.

Maitenant si vous prennez un matériau comme le silicium, vous y trouvez très
peu d'électrons libres. Le matériau se comporte comme un isolant qui ne
conduit que très peu le courant électrique. Vous pouvez cependant le doper
avec des atomes donneur ou accepteurs d'électrons. Si vous le dopez avec des
atomes donneur (dopage N comme négatif), les liaisons inter-atomiques
s'arrangent de sorte qu'il y a un électron par atome donneur qui se libère
facilement.
Si vous dopez votre silicium avec un atome accepteur (dopage P comme
positif), vous allez de la même façon avoir une sorte de piège à électron
que l'on appelle 'trou'. Les trous, d'une certaine manière, se déplacent eux
aussi: il suffit qu'un électron quitte un trou pour un trou voisin et c'est
comme si un trou avait fait le chemin inverse. Cependant, un trou est moins
mobile qu'un électron libre. On parle alors de semi-conducteur parce qu'à
partir d'un isolant dopé on crée un conducteur qui conduit d'autant mieux
que le matériau est fortement dopé par augmentation des porteurs de charge
libres.
Le dopage est aussi intéressant parce que le nombre d'électrons libres pour
un semi-conducteur dopé N ou de 'trous libres' pour un semi-conducteur dopé
P ne dépend quasiment pas de la température, sur une large gamme de
température, et est égal, sur cette gamme de température, au nombre d'atomes
donneurs ou accepteurs selon le type de dopage. En revanche ces électrons et
ces trous libres ont toujours des vitesses soumises à une loi statisque
dépendant de la température.

Notons que ce dopage affecte le nombre de porteurs de charge libres d'un
certain type, positif ou négatif, mais n'affecte pas l'électroneutralité.

Maintenant si l'on joint un semi-conducteur (de même matériau de base) dopé
N à un semiconducteur dopé P, les trous et les électrons libres sont
toujours soumis à une agitation thermique. Cependant il y a un discontinuïté
de densité de porteurs de charge (les trous et les électrons) au niveau de
la jonction. Ainsi, certains électrons libres vont s'aventurez côté P et
certains trous vont s'aventurer côté N....on parle de diffusion et de
courant de diffusion. Les trous et les électrons libres pourraient ainsi
diffuser dans l'ensemble de la jonction PN pour l'occuper de façon homogène
s'il n'y avait le champ électrique.
En effet, une fois la diffusion amorcée, le matériau perd sont
électroneutralité par excés de charges négatives côté P et excés de charges
positives côté N à proximité de la jonction. Ainsi il apparaît un champ
électrique qui s'oppose à la diffusion. Il apparaît donc un courant de
conduction dans le sens inverse de la diffusion.
Il se crée rapidement un équilibre où le courant de conduction est égal au
courant de diffusion et il s'est établit autour de la jonction, une barrière
de potentiel qui dépend de la température et de la nature des matériaux.

Maintenant si l'on veut faire circuler le courant par un circuit extérieur
de la zone N vers la zone P, on applique une 'polarisation inverse'. Cette
polarisation inverse donne un champ électrique qui vient se retrancher au
champ électrique consécutif à la diffusion. La diffusion devient plus large
et la barrière de potentiel augmente. Cette barrière de potentiel est dans
cette configuration de polarisation inverse propre à 'encourager' le passage
du courant mais le côté P est très pauvre en électrons et le côté N est très
pauvre en trous. Il y a donc très peu de porteurs de charges susceptibles de
participer au courant dans ce sens. Il y a donc un courant que l'on appelle
courant inverse mais qui est extrêmement faible. (on parle de courant de
minoritaires parce que les porteurs de charge participant à ce courant ne
sont pas fournis par les atomes dopants et sont donc dans leur zone en
nombre très largement minoritaire)

Si l'on veut faire circuler un courant par un circuit extérieur de  la zone
P vers la zone N, on applique une 'polarisation directe'. Cette polarisation
directe donne un champ électrique qui combat la diffusion: la diffusion
devient moins large autour de la jonction et la barrière de potentiel
diminue.
Dans cette configuration les porteurs de charge susceptibles de participer
au courant sont très extrêmement nombreux de part le dopage. Cependant il
devront franchir la barrière de potentiel qui ne leur est pas favorable.
Plus on écroule cette barrière de potentiel en appliquant une polarisation
directe importante et plus il y aura statistiquement de porteurs de charge
qui auront assez d'énergie au départ pour franchir cette barrière de
potentiel et participer au courant. Ainsi, dans ce sens, le courant suivra
un loi exponentielle à rapprocher de la loi de distribution statistique des
vitesses liée à la température. On parle de courant de majoritaires.

Donc, globalement, pourquoi le courant passe dans un sens et pas dans
l'autre ???...parce que dans un sens, les porteurs de charge susceptibles de
participer au courant sont très peu nombreux...Et dans l'autre sens, les
porteurs de charge susceptibles de participer au courant sont extrêmement
nombreux (dopage). La barrière de potentiel qui s'oppose à ce principe n'y
fait pas grand chose...mais donne à la caractéristique courant-tension sa
forme exponentielle.

A que voilà...

Vincent


Re: fonctionnement précis d'une diode
Le 28/12/2009 10:47, *Vincent Thiernesse* a écrit fort à propos :

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Je ne sais pas si tu satisfais la curiosité de l'OP mais ton exposé entier
mérite d'être salué. Bravo, je n'avais jamais rien lu d'aussi clair. Tu
devrais faire de l'enseignement, si ce n'est déjà le cas.

Re: fonctionnement précis d'une diode

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C'est mon métier, m'sieur Géo...par vocation tardive...

Vincent


Re: fonctionnement précis d'une diode
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susceptibles de
les
extrêmement
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n'y
sa
entier

Tout à fait, je plussoie !
Max.
--
Ne pas oublier de jeter l'as pour correspondre


Re: fonctionnement précis d'une diode
Un grand bravo pour cet exposé particulièrement clair !



------------------------

Vincent Thiernesse a écrit :
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Re: fonctionnement précis d'une diode
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Merci pour cette explication limpide :)

 > Vincent

lo

Re: fonctionnement précis d'une diode
Aqueuse a tapoté du bout de ses petites papattes :
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Il faudra nous dire à quel moment de ton cursus tes profs t'expliquent
ça. Parce qu'à mon époque, si on voulait comprendre le pourquoi du
comment, il fallait faire sérieusement de la physique de son côté.

--
LeLapin



Re: fonctionnement précis d'une diode
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Je ne suis d'aucun cursus, *simple* curiosité personnelle.

Re: fonctionnement précis d'une diode
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Personnellement, je trouve que cette approche pédagogique est absolument
remarquable. L'art d'expliquer simplement des "choses" compliquées. On
commence par "voir et sentir les choses" et, si on veut aller plus loin ou
quantifier, on verse alors dans la physique et les maths mais en ayant
compris de quoi on parle.
Merci Monsieur Vincent Thiernesse pour cette magnifique démonstration.
Max.
--
Ne pas oublier de jeter l'as pour correspondre


Re: fonctionnement précis d'une diode
Max a tapoté du bout de ses petites papattes :
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Je plussoie aussi. Très bon condensé clair et complet, à la portée de
tout le monde. Mais les bons "profs" (guillemets car les meilleurs ne
sont pas toujours des professionnels de l'enseignement) sont bien
rares.

--
LeLapin



Re: fonctionnement précis d'une diode
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Parfois je copie des messages vers un dossiers de mon client d'emails pour
les conserver. Il est évident que celui-ci en fait partie !

Bonne fêtes!

Re: fonctionnement précis d'une diode
cLx a tapoté du bout de ses petites papattes :
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On songerait presque à demander à Vincent de former notre bon Castagno
:)

--
LeLapin



Re: fonctionnement précis d'une diode
Magnifique !

très clair, cela me rappelle mes années ..76!

Je me souviens qu'à l'époque, la notion de "trou" avait été difficile à
digérer, aujourd'hui, je ferai simplement allusion au jeu de taquin : en
déplaçant un pion, en fait c'est le trou qui se déplace en sens inverse.

Bravo

JJ

Vincent Thiernesse a écrit :
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Re: fonctionnement précis d'une diode
Quelques explications comme cela pour les principaux
composants et l'electronique devient une passion

merci m'sioe


jj a écrit :
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