Puit de potentiel

[invite7bfdb10f]

Bonjour,

Je suis actuellement sur un TIPE basé sur l'étude du capteur CCD. J'ai une question par rapport aux puits de potentiel.
Si j'ai bien compris, le capteur comporte une couche de semi conducteurs que je réprensente en dessous:
--------- couche 1
--------- couche 2
...
--------- couche n


Lorsque le semi conducteur reçoit de la lumière, par effet thermique, les électrons de la couche 1 sont agités (la lumière chauffe la couche 1 et exicte les e-). Comme c'est un semi conducteur, certains électrons vont être éjectés créants ainsi n trous correspondants aux n e- qui ont été éjecté.
Est-ce bien le fait que la couche 1 ai perdu des e- qui permet de la caractériser de semi conducteur p?

Admettons cela pour la suite;

Le potentiel de la couche 1 (avant la "montée" des électrons de la couche 2) a donc un potentiel positif (car des e- sont partis). J'ai lu que lorsque les e- de la couche 2 "montent", le semi conducteur n est alors qualifié de semi conducteur p, les électrons étant montés apportants des charges -. Ce que je ne saisi pas est que le potentiel de la couche 1 n'est alors pas neutre mais négatif. Ce que je trouve étrange, car les n électrons éjectés vont créés n trous, qui seront comblés par n e- de la couche 2, et pas n+1 e- par exemple.

La question est donc: le semi conducteur d'un capteur est composé d'atomes neutrales de Silicum (Si). Donc pas de raison pour que le potentiel du semi conducteur p (= couche 1 à la fin du transfère de charges) ai un potentiel négatif et non pas neutre.


Avec mes remerciements.
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[invite7bfdb10f]

Quelques erreurs dans l'appellation des semi conducteurs n et p; ci dessous la version corrigée.

Bonjour,

Je suis actuellement sur un TIPE basé sur l'étude du capteur CCD. J'ai une question par rapport aux puits de potentiel.
Si j'ai bien compris, le capteur comporte une couche de semi conducteurs que je réprensente en dessous:
--------- couche 1
--------- couche 2
...
--------- couche n


Lorsque le semi conducteur reçoit de la lumière, par effet thermique, les électrons de la couche 1 sont agités (la lumière chauffe la couche 1 et exicte les e-). Comme c'est un semi conducteur, certains électrons vont être éjectés créants ainsi n trous correspondants aux n e- qui ont été éjecté.
Est-ce bien le fait que la couche 1 ai perdu des e- qui permet de la caractériser de semi conducteur p?

Admettons cela pour la suite;

Le potentiel de la couche 1 (avant la "montée" des électrons de la couche 2) a donc un potentiel positif (car des e- sont partis). J'ai lu que lorsque les e- de la couche 2 "montent", le semi conducteur p est alors qualifié de semi conducteur n, les électrons étant montés apportants des charges -. Ce que je ne saisi pas est que le potentiel de la couche 1 n'est alors pas neutre mais négatif. Ce que je trouve étrange, car les n électrons éjectés vont créés n trous, qui seront comblés par n e- de la couche 2, et pas n+1 e- par exemple.

La question est donc: le semi conducteur d'un capteur est composé d'atomes neutrales de Silicum (Si). Donc pas de raison pour que le potentiel du semi conducteur n (= couche 1 à la fin du transfère de charges) ai un potentiel négatif et non pas neutre.


Avec mes remerciements.

[LPFR]

Bonjour.
Je pense que votre interprétation comporte quelques erreurs.
La première est que la lumière ne chauffe pas le silicium ou, du moins ce n'est pas le réchauffement du semi-conducteur qui crée des paires électron-trou. C'est l'absorption d'un photon par un électron de la bande de valence et qui monte à la bande de conduction, qui crée la paire électron trou.

Il n'y a pas des couches 1,2, ...n.
L'autre aspect de votre explication qui n'est pas clair, est la création d'une couche d'inversion par la tension appliquée sur l'électrode.
Sur la surface d'un métal, un champ électrique attire ou repousse des électrons de sorte que la charge de surface corresponde au champ électrique. Dans in métal, la densité d'électrons libres est telle que même avec des champs immenses, la "pénétration du champ", c'est à dire la couche dont la densité de charge est différente de zéro, est bien plus petite que le diamètre d'un atome.
Dans un semi-conducteur, la densité de porteurs de charge mobiles (électrons ou trous) est des millions de fois plus faible que dans un métal. Ceci fait, qu'avec de champs énormes la zone de pénétration du champ dans le semi-conducteur est beaucoup plus grande.
Prenons, comme dans votre exemple un substrat de type P.
Si l'électrode a une tension positive par rapport au substrat il va commencer par repousser les trous du substrat et créer une zone libre de porteurs et isolante sous l'électrode.
En absence de lumière, des paires électron-trou vont se créer thermiquement (c'est là la partie thermique), le champ électrique continuera à renvoyer au loin les trous et attirera les électrons vers la surface. Avec le temps (plusieurs millisecondes) on se retrouvera avec une zone avec des électrons sous l'électrode, séparée par une zone isolante (zone de charge d'espace) du reste du substrat.
Mais ce n'est pas ça qui est intéressant dans un CCD. C'est même la plus grande nuisance.
Ce qui est intéressant est la création des paires électron-trou par des photons. La charge négative qui s'accumule sous l'électrode est alors (presque) proportionnelle à la lumière reçue par cette zone.
Maintenant, le mécanisme de transfert de charge se fait de la manière suivante. L'électrode d'à côté (B) devient positif et crée une zone de charge d'espace (isolante) à côté de la zone (A) qui nous intéresse. Cette zone est suffisamment grande pour "se mettre en contact" avec la zone A. Les électrons se partagent entre les deux zones.
Si maintenant l'électrode de la zone A devient moins positif, (presque) tous les électrons qui se trouvent encore sous A déménageront sous B. La charge a été transférée.
Au revoir.