E2 Porteurs de charge : électrons et trous

Topique

La densité d'états effective dans la bande de conduction de ce matériau semi-conducteur, ainsi que la densité d'états effective dans sa bande de valence et la largeur de bande interdite (calculée par un autre modèle) entre ces deux bandes, déterminent la concentration intrinsèque de porteurs de charge dans ce matériau semi-conducteur non dopé. L'énergie thermique disponible à la température de ce matériau semi-conducteur excite, à travers cette même bande interdite, un certain nombre d'électrons de la bande de valence vers la bande de conduction. C'est ce nombre d'électrons excités, réparti entre ces deux densités d'états effectives, qui détermine la concentration intrinsèque de porteurs de charge. Une bande interdite plus large dans ce matériau semi-conducteur signifie qu'à température égale, moins d'électrons sont excités à travers cette bande, et par conséquent, la concentration intrinsèque de porteurs de charge est plus faible.

Cette même concentration intrinsèque de porteurs de charge détermine le comportement de ce matériau semi-conducteur non dopé : chaque électron excité par l'énergie thermique de la bande de valence vers la bande de conduction laisse un trou à sa position initiale dans la bande de valence. Ainsi, ce matériau semi-conducteur non dopé contient toujours le même nombre d'électrons libres dans la bande de conduction que de trous dans la bande de valence, ce qui correspond à une même concentration intrinsèque de porteurs de charge. Une température plus élevée dans ce matériau semi-conducteur entraîne une plus grande concentration intrinsèque de porteurs de charge, avec un plus grand nombre d'électrons excités au-delà de la bande interdite. Par conséquent, le nombre d'électrons libres et de trous augmente proportionnellement.

Par conséquent, ce modèle, avec la concentration intrinsèque de porteurs de charge et ces nombres égaux d'électrons et de trous libres qui ont été définis lors de son ouverture, fait apparaître cette même concentration intrinsèque de porteurs de charge dans chaque loi d'action de masse ultérieure décrite par d'autres modèles de cet ensemble : le produit entre la concentration d'électrons libres et la concentration de trous de ce matériau semi-conducteur reste constant, à l'équilibre thermique et à cette même température, au carré de cette concentration intrinsèque de porteurs de charge, même lorsque ce même matériau semi-conducteur cesse d'être non dopé et que le dopage, décrit plus en détail par un autre modèle de cet ensemble, déplace la concentration de l'un de ces deux types de porteurs de charge bien au-delà de cette concentration intrinsèque. Le fait que ce dopage déplace la concentration d'électrons libres ou la concentration de trous bien au-delà de cette concentration intrinsèque de porteurs de charge signifie que, selon cette même loi d'action de masse, la concentration de l'autre type de porteur de charge diminue, par conséquent, bien en deçà, maintenant toujours ce même produit constant au carré de la concentration intrinsèque avec laquelle ce modèle a été défini.

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