Les photodiodes sont fortement dopées pour améliorer leur sensibilité à la lumière et améliorer leurs performances en tant que détecteurs de lumière. Le dopage fait référence à l’ajout intentionnel d’impuretés dans un matériau semi-conducteur pour modifier ses propriétés électriques. Dans le cas des photodiodes, elles sont généralement dopées pour augmenter le nombre de porteurs de charge (électrons et trous) au sein du matériau semi-conducteur. Cette concentration plus élevée de porteurs de charge permet aux photodiodes de générer un photocourant plus important lorsqu’elles sont exposées à la lumière. En dopant fortement le matériau semi-conducteur, les photodiodes peuvent atteindre une efficacité quantique plus élevée, ce qui est crucial pour convertir efficacement les photons (particules lumineuses) en signaux électriques.
Les LED, ou diodes électroluminescentes, sont également des dispositifs semi-conducteurs fortement dopés, mais dans un but différent de celui des photodiodes. Les LED sont conçues pour émettre de la lumière lorsque le courant les traverse dans un état de polarisation directe. Ils consistent en une jonction pn fortement dopée où un côté (type p) et l’autre (type n) ont des concentrations élevées de dopants, soit des accepteurs (pour le type p), soit des donneurs (pour le type n). Ce dopage important garantit que lorsqu’une tension directe est appliquée, un grand nombre de porteurs de charge se recombinent à travers la jonction, libérant de l’énergie sous forme de photons (lumière). Plus la concentration de dopage est élevée, plus la LED devient efficace pour émettre de la lumière en réponse à une excitation électrique.
« Fortement dopé » dans le contexte des semi-conducteurs fait référence à la forte concentration d’atomes d’impuretés intentionnellement ajoutés au réseau cristallin du semi-conducteur. Ces impuretés modifient considérablement la conductivité électrique et d’autres propriétés du semi-conducteur. Par exemple, dans un semi-conducteur fortement dopé, il y a plus de porteurs de charge disponibles (soit des électrons, soit des trous) pour la conduction par rapport aux semi-conducteurs légèrement dopés ou intrinsèques. Cette caractéristique est cruciale pour que divers dispositifs semi-conducteurs fonctionnent comme prévu, comme dans les photodiodes pour la détection de la lumière ou les LED pour l’émission de lumière.
Dans les diodes, les impuretés sont fortement dopées dans les régions de type p et de type n pour créer un gradient de concentration significatif de porteurs de charge à travers la jonction. Par exemple, dans une diode au silicium typique, la région de type p est dopée avec des impuretés acceptrices (par exemple, le bore), tandis que la région de type n est dopée avec des impuretés donneuses (par exemple, le phosphore). Ce dopage important crée une région d’appauvrissement brutal à la jonction où les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p se combinent, permettant au courant de circuler dans une direction (polarisation directe) et de le bloquer dans la direction opposée (polarisation inverse). . La concentration de ces impuretés est soigneusement contrôlée lors de la fabrication du semi-conducteur pour garantir que la diode présente les caractéristiques électriques souhaitées, telles qu’une chute de tension directe et un courant de fuite inverse.