Un porteur de charge est un trou de conduction ou un électron libre qui peut se déplacer librement au sein d'un semi-conducteur . Avant d'aller plus loin, il est essentiel de comprendre ce qu'est un semi-conducteur. Un élément ou un composé qui conduit l'électricité dans certaines conditions, mais pas dans d'autres, est appelé semi-conducteur. Les semi-conducteurs sont utiles pour la gestion du courant électrique car ils ne sont ni de bons isolants, ni de bons conducteurs.
La conductivité électrique d'un semi-conducteur est influencée par plusieurs facteurs, tels que la tension ou le courant appliqué, ainsi que la quantité de lumière infrarouge, ultraviolette ou visible qui frappe sa surface. C'est la raison d'être de l'utilisation des semi-conducteurs dans les systèmes photovoltaïques.
Que sont les semi-conducteurs ?
Le terme semi-conducteurs désigne une grande variété de substances. Les couches de valence de ces matériaux possèdent généralement quatre électrons, car elles ne sont pas susceptibles de perdre (créer des électrons libres) ni d'en gagner.
L'antimoine, l'arsenic, le bore, le carbone, le germanium, le sélénium, le silicium, le soufre et le tellure sont des exemples de semi-conducteurs élémentaires, c'est-à-dire des matériaux composés d'un seul élément. Le plus connu d'entre eux est le silicium , qui constitue la base de nombreux circuits électriques.
Les semi-conducteurs établissent des liaisons covalentes parfaites avec quatre atomes voisins grâce à leurs quatre électrons de valence. Il en résulte la formation d'un réseau cristallin . Dans ce réseau parfait, aucun électron libre ne peut conduire de courant. C'est pourquoi un véritable semi-conducteur est créé lorsqu'une structure cristalline présente des impuretés ; ce sont ces impuretés qui confèrent à la substance ses propriétés uniques.
Dans la plupart des circuits et dispositifs électriques, les porteurs de charge sont des électrons chargés négativement qui se déplacent sous l'effet d'une tension pour produire un courant électrique. Cependant, la plupart des circuits sont créés à l'aide d'un courant conventionnel, qui utilise des charges positives circulant à l'envers des électrons.
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Outre les électrons et les particules fictives chargées positivement, les trous sont un autre porteur de charge. Étant des orbitales d'électrons de valence vides, ils symbolisent une pénurie d'électrons qui peuvent circuler librement dans un matériau.
Dans les dispositifs semi-conducteurs comme les diodes, un courant est produit par la convergence de deux types de porteurs de charge : les électrons et les trous . Pour plus de détails sur l’influence des porteurs de charge sur la conduction dans une diode, voir la section sur le fonctionnement des diodes.
