Conduction
Comme mentionné antérieurement, ajouter de l’énergie à un électron peut se faire en chauffant un matériau conducteur ou semi-conducteur. Une fois que l’électron a absorbé assez d’énergie pour passer de la bande de covalence à la bande de conduction, il peut se déplacer d’un atome à l’autre en suivant la direction d’un potentiel électrique appliqué aux bornes du matériau. Le mouvement des électrons vers la borne positive dans la bande de conduction est appelé le flux des électrons.
Il y a un autre type de courant dans un semi-conducteur. Lorsque le lien covalent est brisé, il reste un vide dans les orbites de l’atome là où se trouvait l’électron: on appelle cela un « trou ». Ce trou est positif puisqu’il indique que l’atome a un surplus de charges positives (plus de protons que d’électrons). Une réaction en chaîne se produit quand un électron voisin est attiré vers l’atome devenu positif pour remplir le « trou », brisant son propre lien de covalence et laissant un « trou » dans sa bande de covalence. Ce processus se répète d’un atome à l’autre et le « trou » se propage vers la borne négative.
Figure 1 : Boucle montrant le flux des « trous » positifs en utilisant le mouvement de billes dans des créneaux le long d’une planche de bois.
Figure 1 : Boucle montrant le flux des « trous » positifs en utilisant le mouvement de billes dans des créneaux le long d’une planche de bois.
Même si physiquement ce sont les électrons qui se déplacent, le plus important est que le « trou » s’est déplacé comme s’il s’agissait d’un flux réel. Ce processus est similaire à la conduction par électron et s’appelle le flux de trous. Ce courant est en sens inverse du flux d’électrons et comme il résulte du bris de liens de valence, les électrons associés se trouvent dans la bande de valence et y restent. Ce flux est donc plus difficile à initier et à maintenir, le courant en est donc plus faible.
La figure 1 illustre le mouvement des « trous » en utilisant l’analogie de créneaux laissés vides par le mouvement de billes le long d’une planche de bois. Les billes vont séquentiellement vers la droite pour remplir l’espace laissé vide et le « trou » ce déplace donc vers la gauche.
En résumé, deux courants se produisent dans un semi-conducteur lorsqu’on applique une tension à ses bornes et que l’on brise les liens de covalence: le flux d’électrons négatifs et le flux de « trous » positifs. Les deux porteurs de charge sont donc appelés « paire électron-trou ». Comme les cristaux semi-conducteurs que nous avons introduits précédemment sont purs (germanium ou silicium), le nombre d’électrons et de trous est toujours égal dans chaque paire. Il s’agit alors d’un semi-conducteur intrinsèque. Ce terme le distingue d’un semi-conducteur contenant des impuretés où il y aura un surplus de charges d’un type dans les paires.