Quelle est la raison de la dérive du courant dans une diode à jonction pn ?

Dans une diode à jonction pn, le courant de dérive fait référence au flux de porteurs de charge (électrons et trous) dû à un champ électrique appliqué. Ce phénomène résulte du mouvement des porteurs provoqué par la force exercée sur eux par le champ électrique au sein du matériau semi-conducteur de la diode. Pour comprendre la raison du courant de dérive, explorons les concepts clés impliqués :

1. Formation d’une jonction p-n :

a. Dopage :

Une jonction p-n est formée en combinant un semi-conducteur de type p (déficient en électrons, avec des trous chargés positivement) et un semi-conducteur de type n (riche en électrons, avec des électrons chargés négativement).
Le dopage consiste à introduire intentionnellement des impuretés pour créer des régions de porteurs de charges excédentaires (type p) et de porteurs de charges déficitaires (type n).

b. Région d’épuisement :

À l’interface des régions p et n, une région d’épuisement se forme.
La région d’appauvrissement est initialement dépourvue de porteurs de charge libres, créant un champ électrique dû aux atomes dopants ionisés (ions chargés) de chaque côté.

2. Courant de dérive et champ électrique :

a. Tension appliquée :

Lorsqu’une tension externe (polarisation) est appliquée aux bornes de la jonction p-n, elle crée un champ électrique dans la région d’appauvrissement.
Le champ électrique exerce une force sur les porteurs de charge, les faisant bouger.

b. Direction du courant de dérive :

Dans une diode à jonction p-n, le champ électrique à l’intérieur de la région d’appauvrissement pousse les électrons de la région de type n vers la région de type p et les trous de la région de type p vers la région de type n.
Le courant résultant du mouvement des porteurs de charge est appelé courant de dérive.

3. Raisons du courant de dérive :

a. Mouvement du porteur de charge :

En l’absence de champ électrique externe, les porteurs de charge dans la région d’appauvrissement sont essentiellement immobiles en raison du champ électrique intégré provoqué par les atomes dopants ionisés.
L’application d’une tension externe perturbe cet équilibre, entraînant le mouvement des porteurs.

b. Force exercée par le champ électrique :

Le champ électrique établi par la tension appliquée exerce une force sur les porteurs de charge, les faisant se déplacer dans la direction du champ.
Les électrons se déplacent vers la région de type P à polarisation positive, tandis que les trous se déplacent vers la région de type N à polarisation négative.

c. Vitesse de dérive :

Les porteurs subissent une vitesse de dérive sous l’influence du champ électrique.
La vitesse de dérive est proportionnelle à l’intensité du champ électrique appliqué et à la mobilité des porteurs, qui est une propriété matérielle déterminant la facilité avec laquelle les porteurs se déplacent en réponse à un champ électrique.

4. Équation du courant de dérive :

a. Représentation mathématique :

Le courant de dérive (I_d) dans un dispositif semi-conducteur, y compris une diode à jonction p-n, peut être représenté mathématiquement à l’aide de l’équation : ��=�⋅�⋅�⋅��⋅��+�⋅�⋅�⋅� �⋅��Id=q⋅n⋅A⋅μn⋅En+q⋅p⋅A⋅μp⋅Ep
Où :
- �q est la charge d’un électron,
- �n et �p sont les concentrations d’électrons et de trous,
- �A est la surface transversale,
- ��μn et ��μp sont les mobilités des électrons et des trous,
- ��En et ��Ep sont les intensités du champ électrique pour les électrons et les trous.

5. Effets du courant de dérive :

a. Biais direct et inverse :

En polarisation directe, la tension externe facilite le mouvement des porteurs majoritaires à travers la jonction, améliorant ainsi le courant de dérive.
En polarisation inverse, le champ électrique s’oppose au mouvement du porteur majoritaire, ce qui entraîne une réduction du courant de dérive.

b. Contribution au courant global :

Le courant de dérive contribue au flux de courant global dans une diode à jonction p-n, ainsi que le courant de diffusion (dû aux gradients de concentration des porteurs) lorsque la diode est polarisée en direct.

Conclusion :

En conclusion, le courant de dérive dans une diode à jonction pn est le résultat de porteurs de charge (électrons et trous) subissant une vitesse de dérive en réponse à un champ électrique appliqué. Le champ électrique, créé par une tension externe, perturbe l’équilibre au sein de la région d’appauvrissement et induit le mouvement des porteurs. Comprendre le courant de dérive est essentiel pour analyser le comportement des diodes à jonction p-n dans différentes conditions de polarisation et pour concevoir des dispositifs électroniques basés sur les principes des semi-conducteurs.