Propriétés électroniques des matériaux semiconducteurs
Physique des dispositifs électroniques

1 - Rappel des bases de la physique ondulatoire et statistique

• 1.1 - Mécanique ondulatoire et électron libre
  Figure 1 - Énergie potentielle et valeurs propres de l’énergie de l’électron dans un cristal unidimensionnel Figure 2 - Représentation dans l’espace des
• 1.2 - L’électron de l’atome d’hydrogène
  Figure 3 - Atome d’hydrogène
• 1.3 - Mécanique statistique
  Figure 4 - Variation de la fonction de Fermi fn (E ) autour du niveau de Fermi E F à la température T

2 - Notions de bandes et de porteurs libres dans les solides

• 2.1 - Systèmes cristallins et liaison cristalline
  Figure 5 - Indices de Miller des trois principales familles de plans du réseau cubique
• 2.2 - Bandes d’énergie du monocristal
  Figure 6 - Bandes d’énergie du monocristal Figure 7 - Systèmes cubiques Figure 8 - Diagrammes de bande des matériaux semiconducteurs
• 2.3 - Porteurs libres
  Figure 9 - Énergie E, vitesse v, masse effective mn , en fonction de kx

3 - Propriétés électroniques des matériaux semiconducteurs

• 3.1 - Concentrations des porteurs de charges
  Figure 10 - Remplissage des bandes Figure 11 - Fonction de Fermi dans un métal Figure 12 - États énergétiques dans un semiconducteur dopé Figure 13 - Densité des électrons n et des trous p dans un semiconducteur Tableau 1
• 3.2 - Conductivité électrique
  Figure 14 - Mobilité et conductivité en fonction de la température Figure 15 - Vitesse de dérive des électrons à fort champ électrique, à 300 K Tableau 2
• 3.3 - Propriétés thermiques et thermoélectriques
  Figure 16 - Conductivité thermique pour des concentrations d’impuretés moyennes Figure 17 - Effet Peltier Figure 18 - Effets Seebeck a et Thomson b Figure 19 - Test de la pointe chaude Figure 20 - Convertisseur thermoélectrique Figure 21 - Réfrigérateur à effet Peltier
• 3.4 - Caractéristiques des semiconducteurs usuels
  Tableau 3

4 - Émission électronique

• 4.1 - Différents types d’émission
  Figure 22 - Extraction d’un électron d’un métal sous vide
• 4.2 - Émission thermoélectrique
  Figure 23 - Effet Schottky Tableau 4
• 4.3 - Émission de champ et effet tunnel
  Figure 24 - Effet tunnel
• 4.4 - Émission secondaire
  Figure 25 - Émission électronique secondaire Figure 26 - Répartition énergétique des électrons secondaires Figure 27 - Rendement de l’émission secondaire Figure 28 - Photomultiplicateur électronique

5 - Composants du type diode

• 5.1 - Diode métal-semiconducteur
  Figure 29 - Contact rectifiant métal-semiconducteur N Figure 30 - Contact ohmique métal-semiconducteur N Figure 31 - Contact ohmique métal-semiconducteur P Figure 32 - Contact rectifiant métal-semiconducteur P Figure 33 - Contact métal-semiconducteur : schéma équivalent Figure 34 - Diode Schottky Tableau 5
• 5.2 - Diode à jonction P-N
  Figure 35 - Jonction P-N Figure 36 - Jonction P – N : passage d’une conduction de trous (à gauche) à une conduction d’électrons (à droite) Figure 37 - Diode idéale : caractéristiques courant-tension Figure 38 - Diode à jonction P – N : schéma équivalent Figure 39 - Technologies de fabrication des diodes à jonction
• 5.3 - Diodes à courant limité par la charge d’espace : PIP et NIN
  Figure 40 - Diagramme de bande dans une diode NIN

6 - Composants du type transistor

• 6.1 - Transistor bipolaire
  Figure 41 - Transistors PNP et NPN Figure 42 - Montages base commune (BC), émetteur commun (EC) et collecteur commun (CC) des transistors Figure 43 - Caractéristiques de sortie d’un transistor PNP Figure 44 - Transistor bipolaire : schéma équivalent Figure 45 - Transistor bipolaire utilisé en commutation Figure 46 - Schéma de bande d’un transistor à hétérojonction NPN polarisé Figure 47 - Schéma de bande d’un transistor bipolaire à hétérojonction graduelle Figure 48 - Procédé autoaligné
• 6.2 - Transistor à effet de champ
  Figure 49 - Transistor à effet de champ Figure 50 - Caractéristiques d’un transistor JGFET Figure 51 - Schéma en du transistor JGFET Figure 52 - Schéma équivalent du transistor JGFET Figure 53 - MOSFET Figure 54 - Caractéristiques d’un MOSFET Figure 55 - Schéma équivalent d’un MOSFET Figure 56 - Structure des MOS de puissance
• 6.3 - Dispositifs à transfert de charge
  Figure 57 - Structure d’un DTC Figure 58 - DTC : densité de charge d’espace en fonction du temps Figure 59 - DTC : transfert des charges Figure 60 - Transistor MOS d’entrée du DTC Figure 61 - Transistor MOS de sortie du DTC Figure 62 - Ligne à retard et mémoire DTC Figure 63 - Matrice photosensible DTC
• 6.4 - Thyristor
  Figure 64 - Symbole et caractéristique tension-courant d’une diode Figure 65 - Symbole et caractéristique tension-courant d’un thyristor Figure 66 - Caractéristique collecteur à l’avalanche d’un transistor Figure 67 - Thyristor : modèle de fonctionnement Figure 68 - Caractéristiques d’un thyristor

7 - Composants pour l’hyperfréquence

• 7.1 - Diode Schottky
  Figure 69 - Structure de la diode Schottky Figure 70 - Détection hyperfréquence par diode Schottky Figure 71 - Mélangeur hyperfréquence avec diode Schottky
• 7.2 - Diode Gunn
  Figure 72 - Diode Gunn Figure 73 - Simulation montrant le transit des porteurs dans une diode Gunn de 10 µm de zone active Figure 74 - Caractéristique densité de courant-champ électrique dans une diode Gunn
• 7.3 - Diode PIN
  Figure 75 - Structure d’une diode PIN Figure 76 - Schéma équivalent d’une diode PIN Figure 77 - Atténuateur à diode PIN Figure 78 - Commutateur bidirectionnel à diodes PIN Figure 79 - Déphaseur à diodes PIN
• 7.4 - Transistor à effet de champ à barrière métal-semiconducteur
  Figure 80 - MESFET
• 7.5 - Transistor bipolaire à hétérojonction
  Figure 81 - Diagramme de bande de différente hétérojonctions Figure 82 - Transistor à hétérojonction polarisé
• 7.6 - Transistor à effet de champ à hétérojonction
  Figure 83 - Coupe du HEMT Figure 84 - Diagramme de bande dans le HEMT Figure 85 - Coupe du PHEMT
• 7.7 - Comparaison des performances des différents transistors hyperfréquences
• 7.8 - Transistor à effet tunnel résonnant
  Figure 86 - Transistor à effet tunnel résonnant Figure 87 - Diagramme de bande du transistor tunnel résonnant sous différentes polarisations Tableau 6
• 7.9 - Transistor balistique