Séances à venir : 9/11 – 16/11 – 23/12 – 04/01 – 11/ /01

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1 Séances à venir : 9/11 – 16/11 – 23/12 – 04/01 – 11/01 - 25/01
Aujourd’hui 2/11 : jonction pn Distribution des sujets d’étude Lundi 9/11 : hétérojonctions 23/12, 04/01, 11/01 : préparation des études 25/01 : restitution des études. Evaluation du modules,

2 Production d’énergie électrique par cellule photovoltaïque
Groupe 1 (3 etds) Diodes laser BALLE GEOFFREY, RANNOU ALEXANDRE, WAHAB HOUDA Groupe 2 (4 etds) Production d’énergie électrique par cellule photovoltaïque DESCHAMPS ANTOINE, HE BAI-QI, WANG XINYU, ZHANG SHIJIE Groupe 3 (4 etds) LED blanches pour l’éclairage BAILLY MYRIAM, JAFFRAIN ANTOINE, LEFRANC VINCENT, PRAJET CÉDRIC Groupe 4 (3 etds) Sources multi longueurs d’onde pour le WDM TONG ZICHAO, YANG MINGKUN, ZHANG SHIJIE

3 Semi-conducteurs Jusqu’ici : définition de milieux où on contrôle la nature et la concentration des porteurs de charge électrique sur une large plage de valeurs. Application possible : la résistance d’un ½ conducteur intrinsèque liée au nombre de paires électrons trous T ½ cond. V I Si T augmente, le nombre de porteurs augmente, R = U/I diminue. Thermistance

4 Photon > paire électron-trou
Jusqu’ici : fabrication de milieux où on contrôle la nature et la concentration des porteurs de charge électrique sur une large plage de valeurs. Application possible : la résistance d’un ½ conducteur intrinsèque liée au nombre de paires électrons trous hn BV BC Photon > paire électron-trou Photorésistance V I Tout cela est bien peu comparé au champ d’application des jonctions !!

5 Jonction pn = « collage » d’un même semi-conducteur dopé p et dopé n.
Collage entre guillemets car l’ordre cristallin est conservé. BC BV BC BV Région dopée n Région dopée p

6 Description simple : on oublie les porteurs minoritaires
1- à l’équilibre = pas de champ appliqué + - : charges fixes (dopants ionisés) : charges mobiles (trous, électrons) + + - + - - - - + - + + - + - + - - + + - - - + + + - + - - + - + - + - + + - + Eeq Zone de déplétion : plus de porteurs (majoritaires) libres !

7 Description simple : on oublie les porteurs minoritaires
2- hors équilibre = avec tension appliquée + - - + - - + + Eeq - - + + - + + - 1011 cm-3 1016 cm-3 r R>>r U Ur UR Ur La tension appliquée se retrouve aux bornes de la zone de déplétion, où elle crée un champ électrique

8 Description simple : on oublie les porteurs minoritaires
3- avec tension appliquée en sens direct - + - I - Eeq + + - - Eapp + + - + + - Dans le sens direct : existence d’un courant Annihilation de paires électron-trou → photons si gap direct (LED !) → échauffement si gap indirect → chute de tension dans tous les cas

9 Description simple : on oublie les porteurs minoritaires
4- avec tension appliquée en sens indirect Eeq Eapp - + - - + + - - + - + + - + + - i Dans le sens indirect : → pas de courant → sauf si photons injectés dans la zone de déplétion (photodiode !)

10 Description dynamique avec les porteurs minoritaires
Eeq - + - - + + - - + - + - + + + - Porteurs majoritaires → très nombreux → mais seule une toute petite fraction possède assez d’énergie pour franchir la zone de déplétion → très rares → franchissent très facilement la zone de déplétion A l’équilibre, compensation entre le courant de diffusion des porteurs majoritaires et le courant d’entrainement des porteurs minoritaires

11 Description en termes de niveaux d’énergie : analogie ferroviaire
Wagon dopé V Wagon dopé S Mise en contact des deux wagons → le même état d’équilibre dans les deux wagons, dans tout le train En langage semi-conducteur : équilibre = raccordement des niveaux de Fermi

12 Description en termes de niveaux d’énergie :
à l’équilibre Dopage n Dopage p BV BC Mode opératoire « théorique »

13 Description en termes de niveaux d’énergie :
à l’équilibre Dopage n Dopage p BV BC Mode opératoire « théorique » 1- mise en contact des régions n et p

14 Description en termes de niveaux d’énergie :
à l’équilibre Dopage n Dopage p BC BV Mode opératoire « théorique » 1- mise en contact des régions n et p 2- raccordement des niveaux de Fermi

15 Description en termes de niveau d’énergie :
à l’équilibre Dopage n Dopage p BC BV Mode opératoire « théorique » 1- mise en contact des régions n et p 2- raccordement des niveaux de Fermi 3- progressivité du raccordement des bandes r+ r-

16 Description en termes de niveau d’énergie :
à l’équilibre Dopage n Dopage p Niveau de Fermi au milieu du gap ↔ comme semi-conducteur intrinsèque ↔ très peu de porteurs libres !!! BC BV Dans le diagramme énergétique : les électrons cherchent à descendre les trous cherchent à monter Mode opératoire « théorique » 1- mise en contact des régions n et p 2- raccordement des niveaux de Fermi 3- progressivité du raccordement des bandes 4- où sont les porteurs libres ?

17 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens passant Dopage n Dopage p BC BV Mode opératoire « théorique » 1- on part de l’état d’équilibre

18 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens passant Dopage n Dopage p Région n : pas de champ → quasi-niveau de Fermi BC Région p : pas de champ → quasi-niveau de Fermi BV Mode opératoire « théorique » 2- la tension applique se retrouve aux bornes de la zone de déplétion. Dans le sens direct : Vn < Vp energie d’un électron = énergie à l’équilibre – eV donc l’énergie de la zone n monte par rapport à celle de la zone p

19 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens passant Dopage n Dopage p Région p : pas de champ → quasi-niveau de Fermi BC Région n : pas de champ → quasi-niveau de Fermi BV Mode opératoire « théorique » 3- on raccorde les bandes d’énergie dans la zone de déplétion. Le niveau de Fermi n’y est pas défini (hors équilibre)

20 Description en termes de niveau d’énergie :
polarisation en sens passant Dopage n Dopage p BC BV Mode opératoire « théorique » 4- on place les charges majoritaires dans les régions n et p

21 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens passant Dopage n Dopage p BC BV Mode opératoire « théorique » 5- on regarde le mouvement des charges libres. Dans le diagramme énergétique : les électrons cherchent à descendre les trous cherchent à monter Il s’établit courant électrique, accompagné de rencontres électron trou → création de hn si gap direct : LED

22 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens bloquant Dopage n Dopage p BC BV Mode opératoire « théorique » 1- on part de l’état d’équilibre

23 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens bloquant Dopage n Dopage p BC Région n : pas de champ → quasi-niveau de Fermi Région p : pas de champ → quasi-niveau de Fermi BV Mode opératoire « théorique » 2- la tension applique se retrouve aux bornes de la zone de déplétion. Sens bloquant : Vn > Vp énergie d’un électron = énergie à l’équilibre – eV donc l’énergie de la zone n baisse par rapport à celle de la zone p

24 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens bloquant Dopage n Dopage p BC Région n : pas de champ → quasi-niveau de Fermi Région p : pas de champ → quasi-niveau de Fermi BV Mode opératoire « théorique » 3- on raccorde les bandes d’énergie dans la zone de déplétion. Le niveau de Fermi n’y est pas défini (hors équilibre)

25 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens bloquant Dopage n Dopage p BC BV Mode opératoire « théorique » 4- on place les charges majoritaires dans les régions n et p

26 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens bloquant Dopage n Dopage p BC BV Mode opératoire « théorique » 5- on regarde le mouvement des charges libres Dans le diagramme énergétique : les électrons cherchent à descendre les trous cherchent à monter

27 Description en termes de niveaux d’énergie :
polarisation en sens bloquant Dopage n Dopage p BC - + BV Mode opératoire « théorique » 6- pas de déplacement de porteurs majoritaires, mais si une paire électron-trou est créée dans la zone de déplétion, l’électron et le trou sont accélérés dans des régions où ils ne peuvent pas se recombiner. Bilan : hn → courant électrique : photodiode