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La figure ci-dessous représente uniquement les charges mobiles dans une diode à semi-conducteur. Laquelle des propositions suivantes est correcte ? (A) Le côté n de la diode possède une charge négative égale à celle du côté p de la diode. (B) Le côté p de la diode possède une charge négative supérieure à celle du côté n de la diode. (C) Le côté n de la diode possède une charge négative supérieure à celle du côté p de la diode. (D) Il n’y a pas assez d’informations pour déterminer quel côté a la plus grande charge négative.
Dans cette question, on nous demande de comparer la charge négative du côté p de la diode et celle du côté n de la diode. La figure représente un grand nombre d’électrons libres du côté n et un grand nombre de trous d’électrons du côté p. Les électrons libres sont chargés négativement. Les trous d’électrons ne sont en fait pas chargés car ce ne sont pas des particules, mais simplement des positions inoccupées sur la couche externe d’un atome et qu’un électron pourrait occuper pour se lier à l’atome.
Si on répond à cette question, en se basant seulement sur ce qui est indiqué sur la figure, le côté n contient plus de charges négatives que le côté p. Mais cette réponse est fausse, car le figure ne représente pas toutes les particules chargées présentes dans le côté p et le côté n. Les électrons libres du côté n d’une diode à semi-conducteur sont principalement produits par dopage du côté n d’un matériau semi-conducteur intrinsèque par des atomes donneurs. Lorsque les atomes donneurs sont ajoutés au semi-conducteur intrinsèque, ils se chargent positivement car un électron de chaque atome se transforme en électron libre. L’atome donneur devient donc un ion chargé positivement.
Pour le côté p d’une diode à semi-conducteur, on ajoute des atomes donneurs d’un autre élément. Ces atomes ont l’effet opposé des atomes donneurs ajoutés au côté n. Lorsqu’on ajoute un atome donneur au côté p, cela supprime un électron libre du semi-conducteur intrinsèque et crée par conséquent un trou d’électron. Lorsqu’un trou d’électron se forme, l’atome donneur devient un ion chargé négativement. Nous voyons donc que pour savoir quel côté de la diode à semi-conducteur possède la plus grande charge négative, il faudrait comparer la concentration d’électrons libres du côté n et la concentration d’ions négatifs du côté p.
Les concentrations d’électrons libres et d’ions négatifs dépendent du niveau de dopage de chaque côté de la diode. La concentration de dopants n’est pas forcément la même du côté n et du côté p. Mais nous n’avons pas assez d’informations pour comparer la concentration d’électrons libres du côté n et la concentration d’ions négatifs du côté p. Nous pouvons donc dire que la bonne réponse est la proposition (D). Il n’y a pas assez d’informations pour déterminer quel côté a la plus grande charge négative.
