Semi-conducteur intrinsèque

Un semi-conducteur intrinsèque est un matériau semi-conducteur dont le comportement électrique ne dépend que de sa structure, et non de l'adjonction d'impuretés comme dans le cas du dopage.

Caractéristiques

Mis à part d'éventuels défauts cristallins, la conductivité électrique d'un semi-conducteur est totalement déterminée par la structure du matériau et ne dépend que de la température. Au zéro absolu, cette conductivité est nulle. Quand la température augmente, la probabilité qu'un électron de la bande de valence obtienne suffisamment d'énergie pour rejoindre la bande de conduction augmente aussi. En conséquence, la conductivité du semi-conducteur augmente par génération thermique.

Densité des porteurs de charge

Dans un semi-conducteur intrinsèque, les densités d'électrons (n) et de trous (p) sont identiques et valent $n i$ :

$n_i=\sqrt{N_c.N_v}à{-\frac{E_G}{2kT}}$ ,

où

$N c$ et $N v$ sont des densités d'états effectives dans la bande de conduction et dans la bande de valence respectivement.
$E G$ la largeur du gap, de l'ordre de l'eV
$k T$ l'énergie thermique, produit de la constante de Boltzmann et de la température, qui vaut 26 meV à température ambiante.

Les densités $N c$ et $N v$ dépendent faiblement de la température. Pour des bandes paraboliques de masse effective $m c$ et $m v$ , on a :

$N_{c,v} = 2\left( \frac{m_{c,v}k T}{2\pi \hbarˆ2}\right)ˆ{3/2} = \left( \frac{m_{c,v}}{m_0}\right)ˆ{3/2} \left(\frac{T}{300}\right)ˆ{3/2}\times 2P\times 10ˆ{19}\ (\text{cm}ˆ{-3}).$

Exemples

Ce comportement correspond à un semi-conducteur parfait, c'est-à-dire sans défaut structurel ou impureté chimique. Un semi-conducteur réel n'est jamais idéalement intrinsèque, mais certains matériaux peuvent se rapprocher de ce comportement parfait, comme le silicium monocristallin pur.

Les semi-conducteurs intrinsèques ne amènent que particulièrement peu le courant, sauf à des températures élevées. La technique du dopage permet — entre autres — de pallier ce problème.

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