Physique du semiconducteur et jonction PN

Objectifs

Les circuits intégrés sont constitués de composants actifs dont le fonctionnement repose sur les propriétés des matériaux semiconducteurs (très majoritairement le silicium). Ils représentent un condensé de science et de développement technologique de très haut niveau et, dans le même temps, un facteur de progrès socio-économique sans égal depuis la généralisation de l'électricité [1]!

[1] Sur l'évolution du secteur des semi-conducteurs et ses liens avec les micro et nanotechnologies, Rapport de l'OPECST n° 138 (2002-2003) de M. Claude SAUNIER, fait au nom de l'Office parlementaire d'évaluation des choix scient. tech., déposé le 22 janvier 2003

Description

Toutes les ressources pédagogiques sont mises à disposition des étudiants sur la plateforme Moodle. La partie théorique est découpée en 3 parties et est entièrement scénarisée.

Si besoin ou intérêt, divers liens vous permettent de vous mettre à niveau:

- en cristallographie pour mieux comprendre le vocabulaire employé et les calculs effectués,

- en atomistique notamment pour comprendre le vocabulaire employé et les diagrammes réalisés.

Le module est composé de:

- 3 séances de cours magistral,

- 1 TD non encadré pendant lequel il est suggéré de faire des exercices dont les énoncés et les corrections sont sur Moodle,

- 3 séances de cours magistral,

- 1 séance de TD encadré,

- 1 bureau d'étude (sur 2 séances consécutives) qui permet d'évaluer les compétences acquises lors de ce module,

- 1 examen écrit qui fait le bilan des connaissances et savoir-faire acquis. 

A l'issue de ce module, vous serez prêts pour aborder le fonctionnement de tous les composants électroniques : pour l'essentiel d'entre eux basés sur une ou plusieurs jonctions PN ou sur une structure de type Métal/Oxyde/Semiconducteur (MOS).

Compétences visées

A l'issue de ce module vous différencierez un état cristallin d'un état amorphe et les différents types de cristaux. Vous identifierez la structure cristallographique du silicium et calculerez sa densité et sa masse volumique. 

Vous différencierez un semiconducteur d'un conducteur ou d'un isolant et saurez comment lui conférer (et/ou) calculer ses propriétés électroniques.

Vous établirez les différents courants dans les semiconducteurs,

Vous saurez évaluer leurs réactions à diverses excitations (chaleur, rayonnement électromagnétique ou champ électrique) et calculerez le temps nécessaire au retour à l'équilibre.

Enfin, vous comprendrez le fonctionnement de divers composants électroniques basés sur une jonction PN comme une cellule photovoltaïque, une photodiode PIN ou APD, une diode électroluminescente ou LED, une diode zéner, une diode de redressement, etc... mais aussi de les concevoir et de les optimiser pour l'application à laquelle ils sont dédiés.

Bibliographie

A. Vapaille et R. Casatagné, « Dispositifs et circuits intégrés semi-conducteurs », Dunod, Parie, 1987

P.Leturcq, G.rey, Physique des composants actifs à semiconducteurs, Dunod, 1978

H.Mathieu, H.Fanet, Physique des composants actifs et des semiconducteurs, Dunod, 2009

Pré-requis nécessaires

Aucun si ce n'est les outils mathématiques acquis à l'entrée en école d'ingénieurs.

Session 1 ou session unique - Contrôle des connaissances

Session 2 - Contrôle des connaissances