Lorsque nous pensons aux appareils électroniques, nous pensons souvent à la vitesse à laquelle ces appareils fonctionnent ou à la durée pendant laquelle nous pouvons faire fonctionner l'appareil avant de recharger la batterie. Ce à quoi la plupart des gens ne pensent pas, c'est de quoi sont faits les composants de leurs appareils électroniques. Bien que chaque appareil diffère dans sa construction, ces appareils ont tous une chose en commun: des circuits électroniques avec des composants qui contiennent les éléments chimiques silicium et germanium.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Le silicium et le germanium sont deux éléments chimiques appelés métalloïdes. Le silicium et le germanium peuvent être combinés avec d'autres éléments appelés dopants pour créer des dispositifs électroniques à semi-conducteurs, tels que des diodes, des transistors et des cellules photoélectriques. La principale différence entre les diodes au silicium et au germanium est la tension nécessaire pour que la diode s'allume (ou devienne « polarisée en direct »). Les diodes au silicium nécessitent 0,7 volt pour être polarisées en direct, tandis que les diodes au germanium n'ont besoin que de 0,3 volt pour devenir polarisées en direct.
Comment amener les métalloïdes à conduire des courants électriques
Le germanium et le silicium sont des éléments chimiques appelés métalloïdes. Les deux éléments sont cassants et ont un éclat métallique. Chacun de ces éléments a une couche externe d'électrons qui contient quatre électrons; cette propriété du silicium et du germanium rend difficile pour l'un ou l'autre élément dans sa forme la plus pure d'être un bon conducteur électrique. Une façon de faire en sorte qu'un métalloïde conduise librement le courant électrique est de le chauffer. L'ajout de chaleur fait que les électrons libres d'un métalloïde se déplacent plus rapidement et se déplacent plus librement, ce qui permet d'appliquer le courant électrique circule si la différence de tension aux bornes du métalloïde est suffisante pour sauter dans la conduction bande.
Présentation des dopants au silicium et au germanium
Une autre façon de modifier les propriétés électriques du germanium et du silicium consiste à introduire des éléments chimiques appelés dopants. Des éléments tels que le bore, le phosphore ou l'arsenic se trouvent dans le tableau périodique à proximité du silicium et du germanium. Lorsque des dopants sont introduits dans un métalloïde, le dopant fournit un électron supplémentaire à la couche électronique externe du métalloïde ou prive le métalloïde d'un de ses électrons.
Dans l'exemple pratique d'une diode, un morceau de silicium est dopé avec deux dopants différents, tels que le bore d'un côté et l'arsenic de l'autre. Le point où le côté dopé au bore rencontre le côté dopé à l'arsenic est appelé jonction P-N. Pour une diode au silicium, la face dopée au bore est appelée « silicium de type P » car l'introduction de bore prive le silicium d'un électron ou introduit un « trou » d'électrons. Au de l'autre côté, le silicium dopé à l'arsenic est appelé « silicium de type N » car il ajoute un électron, ce qui facilite le passage du courant électrique lorsqu'une tension est appliquée au diode.
Puisqu'une diode agit comme une valve unidirectionnelle pour le flux de courant électrique, il doit y avoir une différence de tension appliquée aux deux moitiés de la diode, et elle doit être appliquée dans les bonnes régions. Concrètement, cela signifie que le pôle positif d'une source d'alimentation doit être appliqué au fil allant au Matériau de type P, tandis que le pôle négatif doit être appliqué au matériau de type N pour que la diode conduise électricité. Lorsque l'alimentation est appliquée correctement à une diode et que la diode conduit le courant électrique, la diode est dite polarisée en direct. Lorsque les pôles négatif et positif d'une source d'alimentation sont appliqués aux matériaux de polarité opposée d'une diode - pôle positif à Matériau de type N et pôle négatif à matériau de type P - une diode ne conduit pas de courant électrique, une condition connue sous le nom de polarisation inverse.
La différence entre le germanium et le silicium
La principale différence entre les diodes au germanium et au silicium est la tension à laquelle le courant électrique commence à circuler librement à travers la diode. Une diode au germanium commence généralement à conduire le courant électrique lorsque la tension correctement appliquée aux bornes de la diode atteint 0,3 volt. Les diodes au silicium nécessitent plus de tension pour conduire le courant; il faut 0,7 volts pour créer une situation de polarisation directe dans une diode au silicium.