11.5 Diode semi-conductrice

a) comportement d’une diode semi-conductrice

            Supposons que la moitié gauche d'un semi-conducteur de silicium dopé soit de type P alors que sa moitié droite est de type N. La surface de contact où les régions P et N se rencontrent est dite jonction. Les extrémités non réunies sont reliées à des conducteurs et constituent ses électrodes. L’anode est à gauche sur les croquis qui suivent, et la cathode est à droite.

Conduction (V_A〉V_C)

            Supposons que l'électrode de la région P est reliée à la borne positive d'une pile et celle de la région N, à sa borne négative. Les trous, positifs, mobiles dans la région P sont repoussés par l'électrode positive vers la jonction J : ils causent ainsi un courant vers la droite. Les électrons, négatifs, mobiles dans la région N sont également repoussés vers la jonction J : ils causent ainsi un courant également vers la droite. Trous et électrons se rencontrent à la jonction J et disparaissent alors, comme un électron annule son absence. Il y a alors un courant qui circule de façon continue vers la droite, de l'électrode positive vers l'électrode négative, comme dans le cas de l'effet Edison, où un courant coulait dans le vide de la plaque positive au filament chauffé négatif.

Mouvement momentané des charges (V_A〈V_C)

            Supposons maintenant que l'électrode de la région P est reliée à la borne négative d'une pile et celle de la région N, à sa borne positive. Les trous, positifs, mobiles dans la région P, sont attirés par l'électrode négative et vident donc la région N avoisinant la jonction J . Les électrons, négatifs, mobiles dans la région N sont également attirés par l'électrode positive et vident la région P avoisinant la jonction J .

Effet final (V_A〈V_C)

            La charge nette de la région P avoisinant la jonction J , vidée de trous, n'est plus nulle mais négative, puisque les ions négatifs d'indium y demeurent; et la charge nette de la région N avoisinant la jonction J , vidée d'électrons, n'est plus nulle mais positive puisque les ions positifs d'arsenic y demeurent.

            Voici que des charges de signes opposés de retrouvent sur des surfaces de chaque côté de la jonction J , comme s'il s'agissait d'un condensateur chargé. Et il n'y a pas de courant qui circule à travers la jonction, contrairement au cas précédent, mais bien comme dans l'effet Edison, où il n'y a pas de courant lorsque le filament chauffé est positif par rapport à la plaque.

            Le courant ne passe que dans un sens dans le cas de deux semi-conducteurs de types N et P joints ensemble tout comme dans le cas de l'effet Edison.

b) symbole de la diode

            Pareils ensembles sont dits diodes puisqu'ils ont essentiellement deux électrodes. Et, dans un cas comme dans l'autre, leur propriété principale est de ne laisser passer le courant que dans un sens. C'est pourquoi le symbole de la diode comprend deux traits parallèles, qui représentent ses bornes, placés à angle droit avec les fils auxquels elles sont reliées. Le sens du courant qui peut circuler dans la diode apparaît entre les deux bornes comme une flèche qui va des limites d'une borne au milieu de l'autre.

            L'électrode qui doit être positive pour que le courant circule est dite anode A (la plaque P dans le cas de l'effet Edison, et celle reliée à la région P dans la jonction semi-conductrice) et l'autre, cathode C .

c) courbe courant-tension d’une diode

            Dans un cas comme dans l'autre, le courant I qui circule dépend de la tension positive V de l'anode par rapport à la cathode: celui-ci est pratiquement nul pour une tension anodique nulle, et croît très rapidement pour devenir constant à une tension anodique assez faible. Celle-ci est de 0,7 V environ dans le cas d'une diode de silicium.

            La diode, basée sur l'effet Edison, est inventée par un associé de Marconi, sir John Ambrose Fleming (1849-1945) en 1904 et est dite valve de Fleming. Sir John désire bâtir un meilleur récepteur des trains d'ondes amorties de 1 MHz de fréquence produits au rythme de plusieurs centaines de fois par seconde par Marconi. Sa diode ne laisse passer le courant que dans un sens, courant dont la moyenne tombe à zéro plusieurs centaines de fois par seconde, produisant ainsi la note musicale correspondant à ce rythme.