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Cg semic 04 dop 1

L’étudiant en électronique des années 1960-65 s’est trouvé obligé entre l’étude du tube électronique à vide (la diode, la triode ses cousins) et celle de la diode PN et du transistor PNP ou NPN (pour faire la même chose) avec l’arrivée des semi-conducteurs. Je repense encore à notre épreuve du certificat d’électronique à la faculté des sciences de Dijon : un problème sur la triode amplificatrice, donc à l’ancienne, et un problème sur le montage Darlington avec deux transistors bipolaires. À notation égale.

Cette époque : tout basculait, avec la recherche tout azimut dans le semi-conducteur, le développement industriel à grande échelle, pour la gloire de la miniaturisation. Dans les années 1950, aux États-Unis, le chiffre d’affaire des semi-conducteurs était alors négligeable devant celui réalisé avec l’ensemble des composants à tubes. Les deux chiffres allaient vite devenir comparables en une décennie à peine, l’un décroissant aussi vite que l’autre grimpait. Tout ce qui était nouveau en électronique classique se faisait désormais en semi-conducteur. Quant au chiffre d’affaire relatif aux tubes électroniques, une bonne part allait revenir à la maintenance des matériels anciens.

Les semi-conducteurs ont supplanté les tubes électriques..., mais pas complètement. Ces survivants technologiques résistent, dans des conditions particulières. Ils font très bien leur travail et on rencontre même des nostalgiques, ce à quoi je ne trouve rien à redire.

Pour qui, encore en vie, a été formé au tube électronique et qui pour qui aime bien cette partie un peu particulière de la physique, il se produit un intellectuel petit frisson en croisant dans la rue celui ou celle, tout âge confondu, qui utilise son mobile (même bas de gamme) ou mieux son smart-phone avec ces petites caresses agacées de l’index sur le mini écran. Car il faut faire de plus en plus vite avec une chose de plus en plus petite. Même en empruntant le passage piéton, une partie de l’œil vers l’écran et l’autre vers la route, alors que le signal de traversée est encore au rouge.

Donc l’électronique est devenue le semi-conducteur, un zeste de transistor bipolaire faisant office d’ancien, un brin tube au parfum de préhistoire, et tout pour le FET et ses amis, toujours pour intégrer un peu plus et pour miniaturiser encore plus. Le monde évoluant, il y a beaucoup mieux, mais au-delà du contexte de cet exposé.

Tout ceci dans le cadre de notre société dite de l’information et de la communication, à moins qu’un jour terrible ne vienne où il nous faudrait réapprendre à faire du feu avec deux silex ou deux bouts de bois frottés, générer du courant électrique en empruntant, les premiers temps, l’eau d’un torrent, ou, à tour de rôle le pédalier d’un vieux vélo sauvé des eaux.

I. Introduction aux semi-conducteurs.    Physique du matériau (solide et cristal)
Résistivité des corps solides. Solide classique et semi-conducteur. Porteurs de charge : l'électron n et le trou p. Processus de conduction n et p.
II. Électrons dans les cristaux. Théorie simplifiée des bandes de conduction
Introduction. Rappels sur la diffraction par le rayonnement X. La structure périodique du milieu cristallin n'intervenant pas. Cette structure périodique intervenant.
III. Bandes d'énergie. Origine et répartition des électrons
Origine des bandes d'énergie. Répartition énergétiques des électrons, statistique de Fermi-Dirac. Semi-conducteurs intrinsèques : bandes d'énergie et notion de masse effective.
IV. Semi-conducteurs dopés
Semi-conducteurs de types N et P. Conductibilité électrique, variation avec la température. Défauts de réseau. Mobilités. Durée de vie des porteurs minoritaires. Appendice : effet Hall.
V. Diodes à semi-conducteur. Jonctions PN
Introduction et prévision de la théorie des bandes. Barrière de potentiel. Jonction PN polarisée en direct et en inverse. Injection des porteurs minoritaires. Caractéristiques d'une diode jonction PN. Capacité d'une diode jonction.
VI. Transistor. Principe de fonctionnement
L'effet transistor. Transistor bipolaire, principe. Caractéristiques électriques du transistor bipolaire. Transistor unipolaire, principe.
VII. Tube à vide électronique, ancêtre du transistor amplificateur
Thermoélectronique et thermoionique. La diode à vide et le principe. La triode : le principe et les paramètres. Utilisation de la triode, montage de principe.
VIII. Transistor à effet de champ (TEC). Première partie
Introduction au TEC. Le fonctionnement du TEC, forme du canal. Utilisation, montages classiques.
IX. Transistor à effet de champ. Deuxième partie (MOS)
Les schémas du MOS. Structure MIS, effet de surface.Théorie du transistor MOS, caractéristiques courant-tension. Applications en logique CMOS.
X. Dispositifs à transferts de charges (CCD)
Principe de fonctionnement : stockage et transfert des charges. Applications des CCD.

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