probleme de physique sur la jonction PN

[gatsu]

pour commencer j'ai dejà posé cette question dans le forum d'electronique et il semble que personne ne soit inspiré ...pour etre franc j'ai egalement posé la question à mon prof d'electronique et il m'a dit que ce n'etait pas de son ressort et que c'etait une question de physique des semi conducteurs voici donc mon probleme:

"j'ai un petit souci de comprehension au niveau de la jonction PN.Lorsque l'on regarde la caracteristique de cette diode, il intervient une "tension de seuil" à partir de laquelle ,en premiere approximation, on estime que la diode est passante et lorsque l'on etudie la jonction PN non polarisée il intervient une difference de potentiel Vo qui est due à la diffusion des porteurs majoritaires de part et d'autre de la jonction.Il me semble que pour les diodes en silicium Vo est de l'ordre de 0,6 V mais il me semble egalement que la "tension de seuil" est de l'ordre de 0,6V(pour les diodes en silicium).....est ce une coincidence ou existe-t-il un lien quelconque entre le tension de seuil et la ddp interne de la jonction?"

merci pour vos reponses
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[invitec7bf0b7c]

Je vais essayer de répondre à ta question (c'est ce que je suis en train d'apprendre, je vais donc sûrement faire quelques erreurs, attends la confirmation de quelqu'un de mieux informé que moi).

Il y a effectivement un lien entre la différence de potentiel de la jonction et la tension de seuil nécessaire pour établir un courant.

En fait la différence de potentiel est une "barrière" du matériau qui empeche les porteurs de charge de se déplacer par diffusion. La "taille" de cette barrière est E=-qVo. En ajoutant une tension (E=-q(Vo-Vf), tu diminue la taille de la barrière et les porteurs de charge peuvent passer l'obstacle.

Si la différence de potentiel fait 0.6V et que tu envoies 0.6V, la barrière aura disparue et la diode sera passante.

Par contre, il me semblait que du silicium dopé uniformément des 2 cotés de la jonction, la diode était passante pour 0.6V mais que la différence de potentiel était de 0.75V (ca veut dire que la barrière n'a pas besoin de complétement disparaitre pour que les porteurs diffusent, si l'obstacle et suffisament réduit, ca passe quand même).

Si j'ai pas été clair ou que j'ai tout faux dites le moi

[gatsu]

le probleme c'est que la caracteristique (intensité en fobnction de la tension de polarisation)de la diode à jonction PN est de la forme :

ou V est la tension de polarisation et est appelée tension thermodynamique et a pour valeur : kT/q ou k est la constante de boltzman, T la temperature absolue et q la charge 1,6.10^-19 C.(Is est le courant de saturation).
Le soucis c'est que c'est cette expression de l'intensité qui est utilisée pour la caracteristique d'une jonction PN ainsi mon prof d'electronique m'a dit que pour V environ egal à 3 on pouvait considérer que I prenait la forme :
et c'est cela qui explique la montée en exponentielle de l'intensité à partir de la valeur seuille(malheureusement cela implique aussi que toutes les diodes à jonction PN ont le meme comportement à V=3=cte).
Mais ce qui me chagrine c'est que cette expression ne depend pas du tout de la tension Vo interne à la jonction et je ne comprends pas pourquoi......en fait j'ai lu une demonstration de cette expresion de l'intensité et il etait rigoureusement precisé qu'elle n'etait valable que pour V< Vo .....mais en pratique elle est apparemment utilisée pour toute valeur de V meme celles > Vo....de plus le passage complet du courant ne peut etre expliqué que part une zone de depleition quasi nulle c'est à dire quand la tension interne plus la tension de polarisation (par theoreme de superposition)s'annullent....m ais on me dit que non !!je ne comprends donc pas comment ça marche physiquement .....si quelqu'un pouvait m'eclairer et m'aider à mettre tout ça en ordre ça serait genial !

[invitec7bf0b7c]

malheureusement cela implique aussi que toutes les diodes à jonction PN ont le meme comportement à V=3=cte

Oui, au bout d'une certaine valeur, la valeur seuil, toutes les diodes ont un comportement exponentiel et au bout d'un certain moment (si on continue d'augmenter V) on peut le considerer comme linéaire (quand V=3UT). Mais vu que Is est différent selon les diodes, toutes les diodes ne sont pas les mêmes. Elles ont juste un comportement analogues.

Mais ce qui me chagrine c'est que cette expression ne depend pas du tout de la tension Vo interne à la jonction

Je pense que c'est faux. C'est le terme Is qui depend de Vo (enfin "depend" n'est peut-être pas le bon mot mais ce sont des termes qui varient ensemble, ils sont caractéristiques de ta jonction, donc le Vo varie selon ta diode). Je n'ai pas les équations sous les yeux mais ils doivent dépendre des même termes.

en fait j'ai lu une demonstration de cette expresion de l'intensité et il etait rigoureusement precisé qu'elle n'etait valable que pour V< Vo .....mais en pratique elle est apparemment utilisée pour toute valeur de V meme celles > Vo

Alors là je ne sais pas quoi te répondre, parce que pour moi tu peux utiliser cette expression à partir du moment où V est superieur ou égale à Vseuil (ou alors juste un peu en dessous, du style 0.6V pour 0.75V). Je ne vois pas comment on peut dire que ca ne marche que pour V<Vo alors que sur une courbe de comportement de diode on voit bien que V va bien plus haut que Vo....

de plus le passage complet du courant ne peut etre expliqué que part une zone de depleition quasi nulle c'est à dire quand la tension interne plus la tension de polarisation (par theoreme de superposition)s'annullent....m ais on me dit que non !!

Qui t'as dit que non ? Parce que tu vois bien que si tu met une tension de polarisation assez forte pour enlever la barrière de potentiels le courant passe non ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[gatsu]

Qui t'as dit que non ? Parce que tu vois bien que si tu met une tension de polarisation assez forte pour enlever la barrière de potentiels le courant passe non ?

mon professeur d'elctronique m'a clairement dit qu'il n'y avait aucun rapport entre la tension de seuil et la tension interne Vo créee par la diffusion des porteurs majoritaires...quand j'ai commencer à faire la meme remarque que toi il m'a dit que ce n'etait pas de son ressort et que c'etait de la physique des semi conducteurs....

Oui, au bout d'une certaine valeur, la valeur seuil, toutes les diodes ont un comportement exponentiel

pour toi toutes les diodes ont la meme valeur seuil en es tu sur?

Je pense que c'est faux. C'est le terme Is qui depend de Vo (enfin "depend" n'est peut-être pas le bon mot mais ce sont des termes qui varient ensemble, ils sont caractéristiques de ta jonction, donc le Vo varie selon ta diode)

tu as raison de t'etre repris d'apres les demonstrations que j'ai lu Is ne depend pas de Vo c'est d'ailleur ça qui m'a embeté quand j'ai lu la demonstartion de I en fonction de V.

Je n'ai pas les équations sous les yeux mais ils doivent dépendre des même termes.

ça c'est vrai

Alors là je ne sais pas quoi te répondre, parce que pour moi tu peux utiliser cette expression à partir du moment où V est superieur ou égale à Vseuil (ou alors juste un peu en dessous, du style 0.6V pour 0.75V). Je ne vois pas comment on peut dire que ca ne marche que pour V<Vo alors que sur une courbe de comportement de diode on voit bien que V va bien plus haut que Vo....

le formule a une demonstration qui n'est valable que pour V<Vo ce n'est pas moi qui l'ai dit mais un ouvrage sur la physique des semi conducteurs...j'ai ensuite charché partout dans la suite de l'ouvrage ce qui se passait pour V>Vo mais ce n'etait pas ecri et par contre la caracteristique de la jonction connue de tous (avec la petite montée en exponetielle à Vseuille)etait representée.

[invitec7bf0b7c]

pour toi toutes les diodes ont la meme valeur seuil en es tu sur?

Non. Toutes les diodes ont une valeur seuil et un comportement analogue, c'est ce que je voulais dire. La valeur seuil varie d'une diode à une autre selon le dopage et le matériau utilisé.

ça c'est vrai

Donc on est d'accord, Vo a une influence sur la valeur seuil ok ? Vu qu'ils dependent des meme termes.

le formule a une demonstration qui n'est valable que pour V<Vo ce n'est pas moi qui l'ai dit mais un ouvrage sur la physique des semi conducteurs

Alors là, je ne peux pas l'expliquer car je ne comprends pas non plus désolé... Il faut attendre la reponse de quelqu'un de mieux informé que moi.

[Urian]

bonjour,

dans la formule de I, U_T peut etre exprimé par la tension interne U_D
c a d
U_D= U_T * ln( (n_A n_D)/n_i^2)
avec n_A, n_D, n_i les concentration des accepteurs, des donneurs et de proteurs intrinseque

donc tu peux faire apparaitre U_D (ou Vo) dans ta formule de I qui n est fonction que de la temperature en supporsant les differentes concentration constantes

[gatsu]

oki merci Urian tu me sauve je vais pouvoir dormir ce soir!!!
merci à toi aussi Alichino pour tes reponses tres instructives(en ce qui concerne la remarque

Donc on est d'accord, Vo a une influence sur la valeur seuil ok ? Vu qu'ils dependent des meme termes.

je ne suis pas d'accord, à une variable près deux fonctions,champs scalaires ou champs vectoriels ne sont pas à priori relié seulement parce qu'ils dependent des memes variables...en caricaturant c'est comme si on disait que le champ gravitationnel dependait du champ electrique parcequ'ils dépendent des memes variables (ici la distance, on suppose les charges et masses constantes).
Mais en tout cas merci de m'avoir repondu à vous deux.

[invitec7bf0b7c]

Ok merci pour l'info mais ca ne repond pas à cette question :

la formule a une demonstration qui n'est valable que pour V<Vo ce n'est pas moi qui l'ai dit mais un ouvrage sur la physique des semi conducteurs

J'aimerai bien savoir pourquoi ce n'est valable que pour V<Vo (ce qui je pense est faux d'ailleurs).

Désolé d'avoir dit quelques bétises gatsu, au moins j'aurai essayé
Sinon, ca veut dire que ton prof d'électronique s'est planté non ? Il y a bien une relation entre Vo et la tension de seuil...

[gatsu]

Ok merci pour l'info mais ca ne repond pas à cette question :

J'aimerai bien savoir pourquoi ce n'est valable que pour V<Vo (ce qui je pense est faux d'ailleurs).

attention ce que j'ai lu c'est que la DEMONSTRATION de l'intensité n'etait valable que pour V<Vo....je pense comme toi que d'une maniere ou d'une autre pour V>Vo il est sans doute demontrable(mais la demonstartion ,n'etait pas dans le bouquin) que cette formule marche aussi mais bon j'aimerais quand meme avoir une petite demo qui me fasse comprendre que j'ai le droit d'utiliser cette expression pour tout Vo...mais c'est peut etre trop demandé (ce que je conçois)

Sinon, ca veut dire que ton prof d'électronique s'est planté non ? Il y a bien une relation entre Vo et la tension de seuil...

Oué apparemment il s'est planté .
Enfin le principal dans tout ça c'est de savoir comment se passent les choses et je suis content d'avoir appris quelque chose today