Présentation
En anglaisAuteur(s)
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Michel SAVELLI : Agrégé de l’Université, Docteur ès Sciences - Professeur honoraire à l’Université Montpellier II
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Daniel GASQUET : Docteur ès Sciences - Directeur de Recherche au Centre National de la Recherche Scientifique (Centre d’Électronique de Montpellier)
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Bernard ORSAL : Docteur ès Sciences - Maître de Conférences à l’Université Montpellier II (Centre d’Électronique de Montpellier)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Ce chapitre s’adresse aux ingénieurs et scientifiques désireux d’acquérir les notions nécessaires de physique des solides pour avoir une meilleure compréhension des phénomènes physiques régissant les propriétés des composants électroniques.
Pour éviter le double emploi avec les chapitres consacrés à l’optoélectronique, les propriétés optiques ou optoélectroniques des matériaux et composants n’y figurent pas.
La première partie comprend une introduction des notions de mécanique quantique et de mécanique statistique 1 nécessaire à la présentation de la théorie des bandes 2, qui gouverne la notion d’électrons et de trous et les populations de ces deux types de porteurs dans les bandes de valence et de conduction.
Une deuxième partie est relative à la présentation des propriétés électroniques des matériaux semiconducteurs 3, qui permettent de régir celles des composants, et aussi celles relatives à l’émission électronique 4 dont les principes sont utilisés dans les tubes électroniques d’émission de puissance.
La partie suivante est consacrée à la présentation des composants du type diode 5 et du type transistor 6, en insistant surtout sur la nature physique du fonctionnement et les propriétés en basse fréquence, plutôt que sur les spécifications techniques globales présentées par les fabricants.
Enfin, on a rassemblé dans le dernier paragraphe 7 les composants qui intéressent le domaine des hyperfréquences, en insistant sur les propriétés géométriques et physiques qui permettent d’y favoriser les performances recherchées.
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4. Émission électronique
4.1 Différents types d’émission
Dans un métal, en raison de l’attraction de tous les ions répartis régulièrement dans le cristal, un électron de la bande de conduction n’est soumis en moyenne à aucune force, donc le volume du métal est équipotentiel et l’électron libre.
Pour un électron s’approchant de la surface, la compensation des forces attractives n’est plus parfaite et leur résultante tend à retenir l’électron dans le métal. Il y a donc, près de la surface, un champ électrique dirigé vers l’extérieur et dont l’effet est de contenir les électrons à l’intérieur. Pour franchir cette barrière de potentiel, un électron doit perdre une énergie cinétique égale à ce gain d’énergie potentielle :
Φm et Vm sont appelés travail et potentiel d’extraction ou de sortie (figure 22).
Nous présentons dans les paragraphes suivants l’émission d’électrons du métal dans le vide au moyen de plusieurs excitations :
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excitation thermique : émission thermoélectrique ;
-
excitation par champ électrique interne : émission de champ ;
-
excitation électronique : émission secondaire.
4.2 Émission thermoélectrique
Le calcul de la densité de courant Jx formée des électrons ayant une énergie cinétique (dans la direction Ox normale à la surface du métal) supérieure à l’énergie du haut de la barrière de surface EF + Φm et sortant donc du métal permet d’obtenir :
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KITTEL (C.) - Introduction à la physique de l’état solide. - Dunod, (1958).
-
(2) - VAPAILLE (A.) - Physique des dispositifs à semi-conducteur. - Tome 1. Masson, (1970).
-
(3) - MATHIEU (H.) - Physique des semiconducteurs et des composants électroniques. - Masson, (1987).
-
(4) - WOLF (F.) - Silicon semiconductor data. - Pergamon press, (1976).
-
(5) - Semiconductors groups IV and III-V compounds. - Data in Science and technology, Springer Verlag, (1991).
-
(6) - Properties of Aluminium Gallium Arsenide. - INSPEC, EMIS datareviews series no 7, (1991).
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(7) - Properties...
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