Vidéo question :: Identifier la zone de déplétion d’une jonction correspondant à une polarisation nulle Physique

Transcription de la vidéo

Chacune des figures suivantes montre une jonction p-n. Les côtés chargés de la région de déplétion de la jonction sont représentés en rouge et en bleu. La jonction est représentée dans des conditions de polarisation directe, de polarisation inverse et de polarisation nulle. Quelle figure représente une polarisation nulle ?

Dans l’option (A), les côtés rouge et bleu de notre zone de déplétion ont une taille que nous pouvons définir moyenne. Dans l’option (B), ces deux côtés sont beaucoup plus grands. Et dans l’option (C), ils ont complètement disparu. Il n’y a pas de zone de déplétion. Nous voulons savoir laquelle de ces trois options correspond à une polarisation nulle à travers notre jonction p-n. Commençons par réfléchir à ce qui se passe lorsque nous joignons un matériau semi-conducteur de type p et un autre de type n. La ligne le long de laquelle ces matériaux se rencontrent s’appelle leur jonction. Et la zone autour de cette jonction est appelée zone de déplétion. On l’appelle ainsi parce que les porteurs de charge mobiles, qu’ils soient des trous ou des électrons, ne restent pas dans cette zone.

En considérant nos options de réponse, imaginons que cette zone rouge de la zone de déplétion correspond à la partie chargée négativement de cette zone. Imaginons également que la partie bleue de cette zone indique la partie chargée positivement de la zone de déplétion. Avec notre diode à semi-conducteur telle quelle, nous disons qu’elle subit un cas de polarisation nulle. C’est-à-dire que nous n’appliquons aucune tension externe aux bornes de la diode. Ainsi, dans un état de polarisation nulle, nous nous attendrions à ce que notre zone de déplétion ait une certaine taille. Nous pouvons changer la taille de cette zone en appliquant ce qu’on appelle polarisation directe et polarisation inverse.

Pour établir une polarisation directe, nous pouvons connecter chaque extrémité de notre diode avec une pile orientée de cette façon. Par convention, la charge positive s'écoule de la borne positive de la pile, dans ce cas dans le sens des aiguilles d'une montre, tandis que la charge négative s'écoule de la borne négative, dans ce cas dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les charges positives dans notre courant ici repoussent les charges positives mobiles du côté de type p de notre diode. Cela pousse ces charges positives vers la droite dans la zone de déplétion. La même chose se produit avec nos charges négatives entrantes ici sur le côté droit de notre circuit. Ils repoussent les électrons libres du côté de type n de notre jonction et poussent les électrons libres dans la zone de déplétion.

Le résultat de tout cela est que la zone de déplétion se rétrécit. En fait, si la tension fournie par la cellule est suffisamment forte, la zone de déplétion peut complètement disparaître. C’est ce que nous voyons se produire dans l’option (C). Comme nous l’avons vu, c’est le résultat de ce que l’on appelle une polarisation directe.

En revenant à notre circuit, disons que nous ouvrons un interrupteur pour que le courant dans le circuit devient nul. Dans ce cas, notre diode à semi-conducteur est à nouveau polarisée à zéro et sa zone de déplétion revient. Imaginons maintenant que nous prenons notre cellule et l’inversons pour que la borne positive soit maintenant à droite. Si nous fermons l’interrupteur de notre circuit, nous savons que la charge positive se déplace maintenant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre tandis que la charge négative se déplace dans le sens des aiguilles d’une montre.

Dans ces conditions, les charges positives entrantes à droite de notre circuit attireront vers elles les électrons libres de la même manière que les charges négatives entrantes à gauche attireront les trous mobiles chargés positivement. Au fur et à mesure que les porteurs de charges mobiles sont éloignés de la jonction entre les matériaux de type p et de type n, la zone de déplétion s’étendra. C’est ce que nous voyons se produire dans l’option (B).

Remarque, lorsqu’une diode est fortement polarisée en inverse, il est presque impossible pour les charges mobiles de traverser cette zone de déplétion maintenant très vaste. Le courant à travers la diode devient nul. D’autre part, une diode avec une polarisation directe, où il n’y a peut-être pas de zone de déplétion, permet le mouvement de la charge mobile à travers la diode beaucoup plus facilement.

De toute façon, nous avons maintenant vu à quoi ressemblent les polarisations directe et inverse en termes de zone de déplétion d’une diode, et nous savons qu’une diode avec une polarisation nulle a une zone de déplétion avec une taille comprise entre ces deux extrêmes. Par conséquent, nous choisissons l’option (A) comme étant la figure qui représente correctement la polarisation nulle.