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Dans une jonction PN, un champ électrique est produit dans la zone de déplétion en raison des différentes concentrations d’ions donneurs et d’ions accepteurs de chaque côté de la zone de déplétion. Le champ électrique produit un courant appelé courant de dérive. Le courant net produit par le champ électrique dans la zone d’épuisement est-il dans la même direction que le courant de diffusion ou dans la direction opposée ?
La question nous demande de comparer les directions du courant de diffusion et du courant de dérive. Avant de commencer, rappelons quelques faits importants sur les côtés d’une jonction PN. Tout d’abord, le côté p de la zone d’épuisement contient une concentration relativement plus élevée d’ions chargés négativement. Et le côté n de cette zone contient une concentration plus élevée d’ions chargés positivement. Ces ions existent parce que, dans la zone de déplétion, les porteurs de charge mobiles ont tendance à se combiner entre eux, créant ces atomes chargés. Un deuxième fait à retenir est que le côté p contient une plus grande concentration de lacunes et le côté n contient une plus grande concentration d’électrons libres.
Ensuite, rappelons ce qu’est un courant de diffusion. Dans notre diagramme, on voit la jonction PN, et on sait que les points bleus représentent les électrons libres et les points rouges représentent les lacunes. Les électrons libres, qui ont une charge négative, et les lacunes, qui ont une charge positive réelle, sont tous deux des vecteurs de charge mobile. Les deux types de transporteurs de charges mobiles auront tendance à passer des zones où la concentration de charges du même signe est plus élevée aux zones de plus faibles concentrations de charges du même signe. Ce mouvement est appelé diffusion. Comme les objets qui sont diffusés dans la jonction PN sont des porteurs de charge, on a alors ce qu’on appelle un courant de diffusion au niveau de la jonction.
Commençons par les électrons libres, les points bleus, et examinons comment ils pourraient se diffuser le long de la jonction. La concentration d’électrons libres est élevée dans la zone n et faible dans la zone p. En général, alors, les électrons libres auront tendance à se diffuser vers la droite d’une concentration plus élevée à une concentration inférieure. Si on considère ce mouvement comme un courant, c’est-à-dire un transfert de charge électrique, on peut se rappeler que le courant électrique conventionnel est considéré comme le mouvement de charge positive. Cela signifie que le courant conventionnel de nos électrons libres en diffusion, le flux de charge positive, est vers la gauche en direction de la zone n. C’est la direction du courant de diffusion due aux électrons libres.
Mais les lacunes chargées positivement ont une concentration plus élevée à droite dans la zone p et une concentration plus faible dans la zone n. Ensuite, elles auront tendance à se propager vers la gauche. Et puisque ces porteurs de charge sont positifs, cela indique un courant de diffusion vers la gauche. Le courant de diffusion dû aux deux types de porteurs de charge mobiles est vers la gauche. Cela signifie que le flux de courant de diffusion total sera également vers la gauche. Donc, pour notre réponse, on peut dire que la direction du courant de diffusion net à la jonction est vers le côté n.
Les porteurs de charges de signes opposés qui sont diffusés l’un vers l’autre, où les côtés p et n se joignent, ont tendance à se recombiner, neutralisant les charges de l’autre. Rappelons que le côté p de la zone de déplétion contient une concentration plus élevée d’ions chargés négativement et le côté n contient une concentration plus élevée d’ions chargés positivement. Avec les charges des électrons libres et les lacunes neutralisées, les charges des ions positifs et négatifs produisent un champ électrique. Le champ électrique produit une différence de potentiel, qui agit vers le côté p. La différence de potentiel produit un courant appelé courant de dérive dans la direction de ce champ électrique. On peut observer que la direction du courant de dérive est opposée à la direction du courant de diffusion.
Pour notre réponse, on peut donc dire que le courant produit par le champ électrique dans la zone de déplétion circule dans la direction opposée au courant de diffusion.
