Matériaux semi-conducteurs
Permettre aux dispositifs de la prochaine génération de bénéficier d’une pureté et d’une fiabilité élevées
Matériaux semi-conducteurs
Le semi-conducteur est un matériau qui présente des propriétés électriques et physiques spécifiques. Ces propriétés confèrent au circuit du dispositif semi-conducteur des performances uniques. L’une des caractéristiques de son processus de dopage est qu’il peut être utilisé pour ajouter un élément spécifique afin de modifier et de contrôler ses propriétés électriques, ce qui permet de l’utiliser en tant que composant pour le traitement de l’information.
Les semi-conducteurs intrinsèques désignent les semi-conducteurs monocristallins très purs, la fabrication de matériaux semi-conducteurs exigeant une très grande pureté, généralement jusqu’à 99,9999999%(9N). Ces matériaux se présentent comme des monocristaux dans leur structure physique, et le silicium monocristallin (Si) et le germanium monocristallin (Ge) sont des matériaux semi-conducteurs couramment utilisés.
En dopant les semi-conducteurs intrinsèques avec des quantités infimes d’impuretés (un processus connu sous le nom de dopage), nous pouvons modifier de manière significative la conductivité d’un semi-conducteur. Le semi-conducteur intrinsèque qui a été dopé est appelé semi-conducteur à impuretés. Selon le type d’impureté dopée (principalement des éléments trivalents ou pentavalents), les semi-conducteurs sont classés en deux grandes catégories : les semi-conducteurs de type p et les semi-conducteurs de type n.
Semi-conducteurs de type N
Les semi-conducteurs de type N sont fabriqués en dopant les semi-conducteurs intrinsèques, tels que le silicium, avec des éléments pentavalents tels que le phosphore P, l’arsenic As et l’antimoine Sb. Ces éléments ont un électron de valence de plus que le silicium et fournissent des électrons libres supplémentaires.
Caractéristiques principales :
Éléments dopés : phosphore (P), arsenic (As), antimoine (Sb), etc.
Excès d’électrons libres (porteurs négatifs)
Augmentation du nombre d’électrons libres, augmentation de la conductivité
La direction du courant est principalement déterminée par le mouvement des électrons.
Semi-conducteur de type P
Les semi-conducteurs de type P sont fabriqués en dopant les semi-conducteurs intrinsèques avec des éléments trivalents tels que le bore B, l’aluminium Al et le gallium Ga. Ces éléments ont un électron de valence de moins que le silicium et laissent des trous dans le réseau.
Caractéristiques principales :
Éléments dopants : bore (B), aluminium (Al), gallium (Ga), etc.
Trous (porteurs positifs)
Trou en tant que porteur impliqué dans le conducteur
La direction du courant est principalement déterminée par le mouvement des trous.
Classification des semi-conducteurs :
Semi-conducteurs élémentaires
Silicium (Si) : le plus utilisé, représentant plus de 90 % de l’industrie des semi-conducteurs, utilisé dans les circuits intégrés, les cellules solaires, etc.
Germanium (Ge) : le matériau principal des premiers dispositifs semi-conducteurs, aujourd’hui utilisé dans les circuits à haute fréquence et les dispositifs optiques à infrarouge.
Semi-conducteurs composés
Composés III-V : tels que l’arséniure de gallium (GaAs), le phosphure d’indium (InP), avec une mobilité électronique élevée, convenant aux communications à haute fréquence, aux dispositifs optoélectroniques (lasers, DEL).
Semi-conducteurs à large bande :
Carbure de silicium (SiC) : résistant aux hautes températures et aux hautes tensions, utilisé dans les véhicules électriques et l’électronique de puissance.
Nitrure de gallium (GaN) : excellente performance à haute fréquence, utilisé dans les stations de base 5G et les dispositifs de charge rapide.
Composés II-VI : tels que le tellurure de cadmium (CdTe) et le sulfure de zinc (ZnS), principalement utilisés dans les détecteurs infrarouges et dans le domaine photovoltaïque.
Caractéristiques et applications des matériaux
Classification générationnelle des matériaux semi-conducteurs
| Génération | Matériaux représentatifs | Caractéristiques | Applications typiques |
|---|---|---|---|
| 1ère génération | Silicium (Si), Germanium (Ge) | Mature et bien établi Faible coût Facile à traiter Conductivité thermique modérée | Circuits intégrés (CI) Transistors Diodes Électronique générale |
| 2ème Génération | Arséniure de gallium (GaAs), Phosphure d’indium (InP) | Mobilité élevée des électrons Performance à haute fréquence Bon pour l’optoélectronique Coût de production plus élevé | Communication RF Dispositifs micro-ondes Photodétecteurs Navigation GPS |
| 3ème Génération | Nitrure de gallium (GaN), Carbure de silicium (SiC), Oxyde de zinc (ZnO), Séléniure de zinc (ZnSe) | Large bande interdite Tension de claquage élevée Conductivité thermique élevée Haute fréquence, haut rendement Tolérance à la température élevée | Stations de base 5G Véhicules électriques Lasers Électronique de puissance (IGBT/MOSFET) |
| 4ème Génération | Oxyde de gallium (Ga2O3), Diamant (C), Nitrure d’aluminium (AlN), Nitrure de bore (BN) | Bande interdite ultra-large Mobilité élevée des porteurs Champ de claquage élevé Émergents et en cours de développement | Dispositifs de puissance à haute tension de la prochaine génération Aérospatiale Électronique pour environnements extrêmes (radiations/hautes températures) |
ULPMAT possède de nombreuses années d’expérience dans le domaine des matériaux semi-conducteurs, avec des installations de production de pointe et une expertise éprouvée. Nous nous engageons à fournir des matériaux performants et à la pointe de la technologie pour répondre à vos besoins spécifiques.
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