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Dans une jonction p–n, les électrons libres et les lacunes peuvent tous deux traverser la jonction, comme indiqué sur la figure. Vers quel côté de la jonction est orientée le sens du courant de diffusion net ?
Sur la figure, on voit la jonction p–n, et on sait que les points bleus représentent les électrons libres et les points rouges les lacunes. Les deux électrons libres, qui ont une charge négative, et les lacunes, qui ont une charge positive, sont des porteurs de charge mobiles. Cela signifie qu’ils sont capables de se déplacer à travers la jonction. La zone n de la jonction est ainsi nommée car ses porteurs de charge mobiles sont négatifs ; c’est-à-dire que ce sont des électrons libres. En effet, la plupart des points de ce côté de la jonction sont en bleu, représentant des électrons libres négatifs. Dans la région p ou positive, en revanche, la plupart des porteurs de charges mobiles sont des lacunes à charge positive.
On peut considérer la jonction p-n comme étant un volume entouré par ce rectangle. Dans la zone n de ce volume, on constate qu’il y a une concentration relativement élevée d’électrons libres, tandis que dans la zone p, il y a une concentration relativement élevée de lacunes. Ces deux types de porteurs de charge mobiles auront tendance à passer des zones de forte concentration aux zones de faible concentration. Ce processus s’appelle la diffusion. Et puisque les objets qui sont diffusés, dans ce cas, portent une charge, on a ce qu’on appelle un courant de diffusion dans notre jonction. Commençons par les électrons libres, les points bleus, et examinons comment ceux-ci pourraient se diffuser dans toute la jonction.
La concentration d’électrons libres est élevée dans la zone n et faible dans la zone p. Dans l’ensemble, les électrons libres auront tendance à être diffusés vers la droite, d’une concentration élevée à une concentration faible. 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 la charge positive. Cela signifie que le courant conventionnel de nos électrons libres diffus, le flux effectif de charge positive, est orienté vers la gauche soit vers la zone n. C’est donc le sens du courant de diffusion dû aux électrons libres.
Cependant, la question concerne le sens du courant de diffusion net. En d’autres termes, il faut également tenir compte du courant de diffusion dû aux lacunes. Les lacunes chargées positivement sont fortement concentrées à droite dans la zone p et faiblement concentrées dans la zone n. Elles auront ainsi tendance à être diffusées vers la gauche. Et puisque ces porteurs de charge sont positifs, cela indique que le courant de diffusion sera orienté vers la gauche. Le courant de diffusion dû aux deux types de porteurs de charge mobile est orienté vers la gauche. Cela signifie qu’au lieu de s’annuler, ces courants vont s’ajouter de sorte que le courant de diffusion net ou global sera également vers la gauche. Ainsi pour répondre à la question, on peut dire que le sens du courant de diffusion net dans la jonction est vers le côté n.
Voyons maintenant la deuxième partie de la question.
Dans laquelle des zones suivantes la concentration d’électrons libres est-elle la plus grande ? (A) Le côté p, (B) le côté n, (C) au milieu de la jonction.
Rappelant que les électrons libres sont représentés par des points bleus, on sait qu’il y a une forte concentration de points bleus du côté n de notre jonction et des concentrations relativement plus faibles au milieu et du côté p de la jonction. Puisque la densité des points bleus est la plus grande du côté n, on choisit donc la réponse (B). La concentration d’électrons libres est la plus élevée du côté n de la jonction.
La partie suivante de la question demande : dans laquelle des zones suivantes se trouve la plus forte concentration de lacunes ? (A) Le côté p, (B) le côté n, ou (C) au milieu de la jonction.
Sur la figure, les lacunes sont représentées par des points rouges. On voit que ces points sont concentrés du côté p de la jonction. Il y a beaucoup moins de points rouges du côté n ou au milieu de la jonction. Par conséquent, on choisit la réponse (A). La concentration de lacunes, les charges positives, est la plus grande du côté p de la jonction.
Voyons maintenant la dernière partie de la question.
Dans laquelle des zones suivantes la concentration des électrons libres et des lacunes est-elle la plus faible ? (A) Le côté p, (B) le côté n, (C) au milieu de la jonction.
Dans les parties précédentes de la question, on a vu que du côté n, la concentration d’électrons libres est élevée alors que la concentration des lacunes est faible, et que c’est l’inverse du côté p, où il y a beaucoup de lacunes mais peu d’électrons libres. Dans cette partie de la question, on souhaite identifier où la densité à la fois des électrons libres et des lacunes est faible. Sur la figure, on observe que cela se produit au milieu de la jonction p–n. C’est dans cette zone que les concentrations de nos deux porteurs de charge, les électrons libres et les lacunes, sont toutes deux faibles. On choisit donc la réponse (C) au milieu de la jonction.
