Physique des composants à semiconducteurs - TP Photovoltaïque - 4PMNPCP4

Objectif(s)

Les composants à base de semiconducteur(s) sont omniprésents dans notre vie et se trouvent à la base d'une industrie mondiale encore en pleine croissance. Comprendre le fonctionnement fondamental d'un composant à semiconducteur est donc indispensable pour les futurs ingénieurs process, filière, test, caractérisation, fiabilité de composants, TCAD, etc. La physique qui régie leur fonctionnement peut apparaitre complexe, mais une présentation détaillée des composants de base permet de mieux la saisir.
Les objectifs de ce cours sont donc les suivants :

• Présenter les différentes structures de base des composants à semiconducteur (contact, jonction capacité MOS) : comprendre la notion d'architecture et de régime d'un composant
• Maitriser l'outil diagramme de bandes pour pouvoir anticiper le fonctionnement général d'un composant (quel qu'il soit)
• Renforcer la manipulation des outils de modélisations des composants à semiconducteur (équation de transport pour le courant, équation de Poisson et Gauss pour l’électrostatique).

Contenu(s)

Cours :
0 - Rappels de physique des semiconducteurs, d'électrostatique et de transport de charges
1 - Jonction métal-semiconducteur Jonction non polarisée : travaux de sortie, régimes de déplétion, inversion faible et forte, accumulation. Jonctions et contacts ohmiques. Caractéristique I(V).
2 - Capacité MOS. Diagramme de bandes et régimes de charge d'espace. Relations Q(V).
3 - Hétérostructure. Diagramme de bande et différentes combinaisons de SC
TD :
1 - Diode en fréquence
2 - Rôle des états d'interface sur le contact Métal/SC
3 - Rôle du courant tunnel dans le contact Schottky Metal/SC
4 - Fonctionnement de la capacité MOS

Quelques connaissances de base en physique du solide et physique des semiconducteurs sont nécessaire : quelque notion autour du cristal et de la cristallographie, la compréhension de l'origine et de la nature de la structure de bande d'un semiconducteur (relation E(k)) et origine de la masse effective.
Quelques notions de physique statistique sont aussi nécessaires : origine de la fonction de distribution de Fermi-Dirac et signification du niveau de Fermi (~potentiel chimique).
De vieux souvenirs en électrostatique seront réactivés lors du premiers cours (équation de Gauss et de Poisson, mouvement d'une charge dans un champs et diffusion de porteurs, ainsi que leur courants associés).