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Jonction p-n : équilibre et hors équilibre

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Dans cours

PHYS-433: Semiconductor physics and light-matter interaction

Lectures on the fundamental aspects of semiconductor physics and the main properties of the p-n junction that is at the heart of devices like LEDs & laser diodes. The last part deals with light-matter interaction phenomena in bulk semiconductors such as ab ...

Description

Cette séance de cours couvre la géométrie de jonction linéairement graduée pour le profil d'impureté de la jonction p-n, en dérivant l'expression potentielle intégrée et en introduisant des niveaux quasi-fermi. Il explore ensuite les hypothèses caractéristiques courant-tension idéales, illustrant les concentrations de porteurs minoritaires dépendantes de la position et le flux de densité de courant à travers le dispositif. La courbe asymétrique J-V est accentuée, montrant la saturation du courant pour les jonctions polarisées inversées et l'augmentation exponentielle pour le biais vers l'avant. Des exemples numériques de valeurs actuelles sont fournis, ainsi que des discussions sur la charge d'espace, les charges fixes et les caractéristiques de la jonction p-n à l'équilibre et hors d'équilibre.

Enseignant·e

Raphaël Butté

Raphaël Butté was born in Paris, France, in 1973. He received the PhD degree from the University Claude Bernard, Lyon, France, in 2000 for his research on the structural and optoelectronic properties of hydrogenated nanostructured silicon thin films with potential applications for photovoltaics and thin film transistors. He then moved to the University of Sheffield (2000-2003), UK, to work as postdoctoral research associate in the group of Prof. Maurice S. Skolnick (Fellow of the Royal Society). His research shifted to the optical properties of III-V semiconductors with a main focus on the nonlinear optical properties of cavity polaritons occurring in GaAs-based microcavities driven under resonant optical excitation. In 2004, he moved to Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) as scientific collaborator in charge of optical spectroscopy at LASPE (http://laspe.epfl.ch/), a newly established laboratory directed by Prof. Nicolas Grandjean. In 2010, he became permanent member of staff (Scientific Collaborator and Lecturer). He was promoted to the position of Senior Scientist in 2016. His current research activity deals with planar waveguides, microdisks and photonic crystals made from III-nitride semiconductors. In particular, he is leading the activity focusing on: (i) the physics of exciton-polaritons in planar waveguides and (ii) high-β photonic crystal nanolasers. He is the author of 119 scientific articles published in peer-reviewed international journals, 14 publications published in peer reviewed journals following an international conference (Web of Science > 4500 citations, h-index: 36; Google Scholar > 6200 citations, h-index: 42) and 6 book chapters. He has given 30 invited talks in International Conferences/Winter-Summer Schools/Workshops. He has been the Publications Chair/Guest Editor of the Proceedings of the 5th International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2008) and also served as Scientific Secretary of IWN2008 and of the 5th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems (ICSCE5). In 2012, he was one of the 149 scientists recognized by the Outstanding Referee program (http://publish.aps.org/OutstandingReferees) of the American Physical Society (APS) selected from a pool of roughly 60,000 currently active referees. Since September 2019, he is an Editorial Board Member of the newly launched open access APS journal, Physical Review Research. From September 2013 until December 2017, he was one of the Editors of the journal "Superlattices and Microstructures" (Elsevier). Since September 2015 he is a member of the Physics Doctoral School Teaching Committee. He was also a member of the EPFL Teaching Conference from September 2015 until August 2017.

Source officielle

Proximité ontologique

Physique

Physique de la matière condensée: Physique du solide

Concepts associés (32)

Équilibre économique

En économie, le concept d'équilibre économique sur un ou plusieurs marchés désigne un vecteur de variables, généralement des prix qui égalisent l'offre et la demande sur l'ensemble des marchés considérés. Cette désignation d'ensemble recouvre en fait des concepts d'équilibre très différents, qui présentent des propriétés différentes et appartiennent à des cadres d'analyse parfois éloignés. L'équilibre économique n'est jamais l'équilibre comptable. L'équilibre partiel constitue le concept d'équilibre économique le plus fréquent dans la recherche économique.

Jonction p-n

vignette|230px|Jonction p-n dans du silicium. Sur ce schéma, les régions p et n sont reliées à des contacts métalliques, ce qui suffit à transformer la jonction en diode. vignette|230px|Le symbole d'une diode associé à la représentation d'une jonction p-n. En physique des semi-conducteurs, une jonction p-n désigne une zone du cristal où le dopage varie brusquement, passant d'un dopage p à un dopage n.

Niveau de Fermi

Le niveau de Fermi est une caractéristique propre à un système qui traduit la répartition des électrons dans ce système en fonction de la température. La notion de niveau de Fermi est utilisée en physique et en électronique, notamment dans le cadre du développement des composants semi-conducteurs. Concrètement, le niveau de Fermi est une fonction de la température mais il peut être considéré, en première approximation, comme une constante, laquelle équivaudrait alors au niveau de plus haute énergie occupé par les électrons du système à la température de .

Équilibre général

L'équilibre général est un concept d'économie qui désigne la possibilité pour les marchés d'atteindre l'équilibre simultanément par le libre jeu de l'offre et de la demande. L'équilibre général se distingue de l'équilibre simple (ou partiel) en ce qu'il s'agit d'un équilibre atteint sur l'intégralité des marchés. Issu de la microéconomie, la théorie de l'équilibre général a été développée par Léon Walras dans son ouvrage de , Éléments d'économie politique pure.

Équilibre chimique

Un équilibre chimique est le résultat de deux réactions chimiques simultanées dont les effets s'annulent mutuellement. Une réaction telle que la combustion du propane avec l'oxygène, qui s'arrête lorsque l'un des réactifs est totalement épuisé, est qualifiée de réaction totale, complète ou irréversible. À contrario, une réaction comme l'estérification, aboutissant à un mélange stable dans le temps de réactifs et de produits, sans disparition totale de l'une des espèces chimiques, est qualifiée de réaction partielle, incomplète, réversible ou inversible : ce type de réaction aboutit à un équilibre chimique.

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Détecteurs de semi-conducteurs

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Jonctions PN: équilibre et diagrammes de bande

Couvre le comportement des jonctions p-n à l'équilibre, y compris les effets de tension sur l'énergie de Fermi et les régions de déplétion.

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Comportement des semi-conducteurs

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