M3 Transport : Dérive et diffusion

Topique

Un champ électrique appliqué à ce matériau semi-conducteur induit un courant de dérive dans les porteurs de charge libres. Ce champ électrique accélère ces porteurs de charge, soit dans leur propre direction, soit dans la direction opposée selon qu'il s'agisse d'électrons ou de trous, jusqu'à une vitesse de dérive proportionnelle au champ appliqué. Cette vitesse de dérive constitue le courant de dérive. Plus le champ électrique appliqué est intense, plus le courant de dérive est important.

Un gradient de concentration de ces mêmes porteurs de charge au sein de ce matériau semi-conducteur, même en l'absence de champ électrique appliqué, produit un courant de diffusion. Ces porteurs de charge se déplacent, par diffusion, de la région du matériau semi-conducteur où leur concentration est plus élevée vers la région où elle est plus faible. Ce mouvement net des porteurs de charge, uniquement dû à ce gradient de concentration, constitue le courant de diffusion. Plus le gradient de concentration de ces porteurs de charge est important, plus le courant de diffusion est important. Ainsi, ce modèle, avec le courant de dérive et le courant de diffusion qui le composent, relie, par la relation d'Einstein, la mobilité de ces porteurs de charge, qui régit déjà ce courant de dérive, au coefficient de diffusion, qui régit déjà ce courant de diffusion. Ces deux grandeurs sont liées par la température du matériau semi-conducteur. Cette relation d'Einstein traduit le fait que l'agitation thermique aléatoire des porteurs de charge libres est à l'origine à la fois de la mobilité et du coefficient de diffusion ; l'une ne peut donc exister sans l'autre. Le fait que le courant de dérive et le courant de diffusion s'additionnent, au sein du matériau semi-conducteur, pour former un courant total, et que ce courant total soit en équilibre avec la génération et la recombinaison des porteurs de charge (décrites plus en détail par un autre modèle), dans l'équation de continuité du matériau semi-conducteur, signifie que cette équation de continuité régit en définitive l'évolution spatio-temporelle de la concentration des porteurs de charge au sein du matériau semi-conducteur.

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