Qu'est-ce qu'un semi-conducteur?

Un semi-conducteur est un matériau qui possède certaines propriétés uniques dans la façon dont il réagit au courant électrique. C'est un matériau qui a une résistance beaucoup plus faible à la circulation du courant électrique dans un sens que dans un autre. La conductivité électrique d'un semi-conducteur est comprise entre celle d'un bon conducteur (comme le cuivre) et celle d'un isolant (comme le caoutchouc). D'où le nom de semi-conducteur. Un semi-conducteur est également un matériau dont la conductivité électrique peut être modifiée (appelée dopage) par des variations de température, des champs appliqués ou l'ajout d'impuretés.

Alors qu'un semi-conducteur n'est pas une invention et que personne n'a inventé le semi-conducteur, il existe de nombreuses inventions qui sont des dispositifs semi-conducteurs. La découverte des matériaux semi-conducteurs a permis des avancées considérables et importantes dans le domaine de l'électronique. Nous avions besoin de semi-conducteurs pour la miniaturisation des ordinateurs et des pièces informatiques. Nous avions besoin de semi-conducteurs pour la fabrication de pièces électroniques comme des diodes, des transistors et de nombreuses cellules photovoltaïques.

Les matériaux semi-conducteurs comprennent les éléments silicium et germanium, et les composés arséniure de gallium, sulfure de plomb ou phosphure d'indium. Il existe de nombreux autres semi-conducteurs - même certains plastiques peuvent être rendus semi-conducteurs, ce qui permet des diodes électroluminescentes (LED) en plastique qui sont flexibles et peuvent être moulées à la forme souhaitée.

Qu'est-ce que le dopage électronique?

Selon le Dr Ken Mellendorf à Newton's Ask a Scientist: "Le dopage" est une procédure qui rend les semi-conducteurs tels que le silicium et le germanium prêts à être utilisés dans les diodes et les transistors. Les semi-conducteurs sous leur forme non dopée sont en fait des isolants électriques qui n'isolent pas très bien. Ils forment un motif cristallin où chaque électron a une place définie. La plupart des matériaux semi-conducteurs ont quatre électrons de valence, quatre électrons dans l'enveloppe extérieure. En mettant un ou deux pour cent des atomes avec cinq électrons de valence comme l'arsenic dans un semi-conducteur d'électrons à quatre valences comme le silicium, quelque chose d'intéressant se produit. Il n'y a pas assez d'atomes d'arsenic pour affecter la structure cristalline globale. Quatre des cinq électrons sont utilisés dans le même schéma que pour le silicium. Le cinquième atome ne rentre pas bien dans la structure. Il préfère toujours pendre près de l'atome d'arsenic, mais il n'est pas tenu fermement. Il est très facile de le détacher et de l'envoyer à travers le matériau. Un semi-conducteur dopé ressemble beaucoup plus à un conducteur qu'un semi-conducteur non dopé. Vous pouvez également doper un semi-conducteur avec un atome à trois électrons tel que l'aluminium. L'aluminium s'intègre dans la structure cristalline, mais il manque maintenant un électron à la structure. C'est ce qu'on appelle un trou. Faire se déplacer un électron voisin dans le trou est un peu comme faire bouger le trou. Mettre un semi-conducteur dopé aux électrons (type n) avec un semi-conducteur dopé aux trous (type p) crée une diode. D'autres combinaisons créent des dispositifs tels que des transistors.

Histoire des semi-conducteurs

Le terme «semi-conducteur» a été utilisé pour la première fois par Alessandro Volta en 1782.

Michael Faraday a été la première personne à observer un effet semi-conducteur en 1833. Faraday a observé que la résistance électrique du sulfure d'argent diminuait avec la température. En 1874, Karl Braun a découvert et documenté le premier effet de diode semi-conductrice. Braun a observé que le courant circule librement dans une seule direction au contact entre un point métallique et un cristal de galène.

En 1901, le tout premier dispositif semi-conducteur, appelé "moustaches de chat", a été breveté. L'appareil a été inventé par Jagadis Chandra Bose. Les moustaches de chat étaient un redresseur semi-conducteur à contact ponctuel utilisé pour détecter les ondes radio.

Un transistor est un dispositif composé d'un matériau semi-conducteur. John Bardeen, Walter Brattain et William Shockley ont tous co-inventé le transistor en 1947 aux Bell Labs.