Il existe deux types reconnus de porteuses de charge dans les semi-conducteurs. L’un est les électrons, qui portent une charge électrique négative. De plus, il est commode de traiter les lacunes de déplacement dans la population d’électrons de la bande de valence (trous) comme un second type de porteur de charge, qui porte une charge positive égale en magnitude à celle d’un électron.
Génération et recombinationde porteurs
Lorsqu’un électron rencontre un trou, ils se recombinent et ces porteurs libres disparaissent efficacement. L’énergie libérée peut être soit thermique, réchauffant le semi-conducteur (recombinaison thermique, l’une des sources de chaleur résiduelle dans les semi-conducteurs), soit libérée sous forme de photons (recombinaison optique, utilisée dans les LED et les lasers à semi-conducteurs). La recombinaison signifie qu’un électron qui a été excité de la bande de valence vers la bande de conduction retombe à l’état vide dans la bande de valence, appelés trous. Les trous sont l’état vide créé dans la bande de valence lorsqu’un électron est excité après avoir obtenu de l’énergie pour dépasser l’écart d’énergie.
Porteurs majoritaires et minoritairesdit
Les porteurs de charge les plus abondants sont appelés porteurs majoritaires, qui sont principalement responsables du transport du courant dans un morceau de semi-conducteur. Dans les semi-conducteurs de type n, ce sont des électrons, tandis que dans les semi-conducteurs de type p, ce sont des trous. Les porteurs de charge les moins abondants sont appelés porteurs minoritaires; dans les semi-conducteurs de type n, ce sont des trous, tandis que dans les semi-conducteurs de type p, ce sont des électrons.
Dans un semi-conducteur intrinsèque, qui ne contient aucune impureté, les concentrations des deux types de porteurs sont idéalement égales. Si un semi-conducteur intrinsèque est dopé avec une impureté donneuse, les porteurs majoritaires sont des électrons. Si le semi-conducteur est dopé avec une impureté acceptrice, les porteurs majoritaires sont des trous.
Les porteurs minoritaires jouent un rôle important dans les transistors bipolaires et les cellules solaires. Leur rôle dans les transistors à effet de champ (FET) est un peu plus complexe : par exemple, un MOSFET a des régions de type p et de type n. L’action du transistor fait intervenir les porteuses majoritaires des régions de source et de drain, mais ces porteuses traversent le corps du type opposé, où ce sont des porteuses minoritaires. Cependant, les porteurs traversants sont largement plus nombreux que leur type opposé dans la région de transfert (en fait, les porteurs de type opposé sont éliminés par un champ électrique appliqué qui crée une couche d’inversion), de sorte que classiquement la désignation de source et de drain pour les porteurs est adoptée, et les FET sont appelés dispositifs « porteurs majoritaires ».
Concentration de porteurs libres
La concentration de porteurs libres est la concentration de porteurs libres dans un semi-conducteur dopé. Elle est similaire à la concentration de porteurs dans un métal et pour le calcul des courants ou des vitesses de dérive peut être utilisée de la même manière. Les porteurs libres sont des électrons (ou trous) qui ont été introduits directement dans la bande de conduction (ou bande de valence) par dopage et qui ne sont pas favorisés thermiquement. Pour cette raison, les électrons (trous) n’agiront pas comme des porteurs doubles en laissant derrière eux des trous (électrons) dans l’autre bande. En d’autres termes, les porteurs de charge sont des particules / électrons qui sont libres de se déplacer (portent la charge).
