Pr

1
LES MATERIAUX SEMICONDUCTEURS
Yves MONTEIL Laboratoire des Multimatériaux et
Interfaces,UMR 5615 Université Claude Bernard -
LYON 1
2
Pourquoi les matériaux semiconducteurs ?
Microélectronique
Intérêts petite taille (puce) très faible
puissance
Domaines dutilisation Micro-électronique
électron (masse) Transistor Mic
ro-optoélectronique photon (hn h1/l
) Laser
3
Matériaux semiconducteurs

• Quest ce quun semiconducteur ?
• Propriétés électriques intermédiaires entre
  métal et isolant

Si Si Si Si
ni/cm3
ni e(-Eg/kT )
METAUX
1022
1018
SEMICONDUCTEURS
1012
ISOLANTS
106
N 6.02 1023
4
Eléments Semiconducteurs
IV
III
II
V
VI
N
O
C
B
P
S
Al
Si
As
Se
Ge
Ga
Zn
Sb
Te
Sn
In
Cd
Bi
Po
Pb
Tl
Hg
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DIFFERENTS SEMICONDUCTEURS
Eléments

• Silicium , Germanium, Carbone (diamant)

Composés ou Alliages

• à partir dune vingtaine déléments voisins de
  Si dans la classification périodique
• binaires SiC, GaAs, InP
• ternaires InGaAs
• quaternaires InGaAsP

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Elaboration du Si électronique
1 Métallurgie du Si
Sable Coke Si (l)
Monoxyde de Carbone SiO2 C T gt 1400C
CO(g)
2 Purification du Si

• Cristallisation fractionnée ( Si à 98 )

• Chloration Si(s) Cl2(g) SiCl4(g)
• (Impuretés Fe, B FeCl3, BCl3 )
• Distillation fractionnée
• Réduction SiCl4(g) (Zn, Mg) Si(s)
  (Zn, Mg) Cl2
• Evaporation sous vide

Silicium pureté électronique (impuretés qq ppm
ou qq ppb)
7
(No Transcript)
8
Si monocristallin
Silicium pureté électronique (qq ppm ou qq ppb)
Méthode de tirage
Germe

Monocristal
Germe

Liquide
Liquide
T gt 1400C
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STRUCTURE ELECTRONIQUE - Si
électrons
niveau
0
1s2
n1 K 2
2s2 2p6
n 2 L 8
n 3 M 18(4)
1 Atome
O
O
O
MODELE DE BANDES
n Atomes
10
Modèle des bandes
- - - - - - - - - - - - - -
Bande de conduction (e-)
Bande Interdite
Bande de valence (trou)
Energie
0 Kelvin Bande de valence pleine
Bande de conduction vide
Cristal parfait
T (K) Remplissage de la bande de conduction
dépend de la valeur de E gap Métaux bande de
conduction pleine Isolant Bande de valence
pleine Semiconducteurs Intermédiaire
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Dopage de Si type N
Substitution datome Si par P
Type N
P
P 1e -
E
Bande de conduction
DE
---P P P P P P
Bande interdite (aux e- de Si)
Bande de valence
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Dopage Si type P
trou
B B- trou
Be- B-
Substitution dun atome Si par P
Bande de conduction
E
Bande interdite (aux e- de Si)
DE
---B- B- B- B- B- B- B-B- B- B- B- B- B- B-
Bande de valence
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Dispositifs électroniques
Dispositif /composant
Les matériaux S. C.
qq mm qq 1/10mm
Couche active
Substrat
SUBSTRAT Croissance monocristalline
souvent en phase liquide COUCHE ACTIVE
Epitaxie sur le substrat monocristallin
souvent en phase gazeuse
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Elaboration de la couche active
Lépitaxie, empilement des atomes les uns sur les
autres en conservant lordre sous-jacent couche
mince monocristalline sur un substrat
monocristallin de même paramètre de maille
(différence acceptable qques 10-3 ) Empilement
simultané datomes semiconducteurs et datomes
dimpuretés ou dopants
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Dispositif électronique de base
Le transistor (transfer resistor)  est le
dispositif électronique le plus simple Un
composant bipolaire car les électrons et les
trous participent simultanément  aux phénomènes
de conduction.
3 couches semiconductrices 1 émetteur (couche
dopée N) 2 base (couche dopée P) 3 collecteur
(couche dopée N)

Transistor NPN
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DISPOSITIF SiC
Diode SCHOTTKY
SiC N-
SiC N
EPITAXIE
SUBSTRAT
DISPOSITIF
SYSTEME
Technologie