Le matériau semi-conducteur

Travail bibliographique

Définitions, principes de fonctionnement

Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un isolant, mais pour lequel la probabilité qu'un électron puisse contribuer à un courant électrique est assez importante. En d'autres termes, la conductivité électrique d'un semi-conducteur est intermédiaire entre celle des métaux et celle des isolants.

Une jonction P-N désigne une zone du cristal où le dopage varie brusquement, passant de p à n. Lorsque la région dopée p est mise en contact avec la région n, les électrons et les trous diffusent spontanément de part et d'autre de la jonction, créant ainsi une zone de déplétion où la concentration en porteurs libres est quasiment nulle.

L'effet d'avalanche est un phénomène qui peut se produire dans des matériaux isolants et semi-conducteurs. Il s'agit d'un effet multiplicateur du courant électrique à l'intérieur de matériaux qui étaient jusqu’ici de bons isolants. Il peut se produire à l'intérieur de semi-conducteurs lorsque le champ électrique à l'intérieur du matériau est suffisamment important pour accélérer les électrons. [pic 1]

Voici les courbes caractéristiques et valeurs spécifiques de I et V pour le thyristor :

Thyristor :

Les semi-conducteurs utilisés en électronique de puissance sont les thyristors. Le SCR est un dispositif à trois jonctions où l’on peut déclencher la conduction.

Un thyristor conduit lorsqu’on injecte une impulsion positive sur sa gâchette et que son anode est positive. Ainsi le courant se maintient et n’est débloqué que par une commande extérieure. Le thyristor travaille de 500 à 7000 volts avec des puissances qui peuvent atteindre le mégawatt. Son domaine d’action correspond  à des applications où les caractéristiques des tenues de tension doivent être symétriques (ex : balayage TV , convertisseurs d’énergie).

Thyratron :

Un thyratron est un type de tube électronique à gaz utilisé comme interrupteur pour les fortes puissances. Ce tube peut prendre le plus souvent la forme d'une triode. Les gaz utilisés peuvent aller de la vapeur de mercure au xénon ou au néon, en passant par l'hydrogène. Contrairement aux tubes électroniques classiques, un thyratron ne peut amplifier un signal linéairement.

Un thyratron travaille donc par tout ou rien.
La version solide du thyratron est le thyristor. Mais pour des hautes tensions et puissance le thyristor s'avère insuffisant.

Fonctionnement

Lors de l'application d'une tension positive sur l'anode vis-à-vis de la cathode, aucun courant ne circule. Si le potentiel de l'électrode de contrôle augmente par rapport à celui de la cathode, le gaz entre l'anode et la cathode s'ionise et conduit le courant. Une fois rendu conducteur, le thyratron le restera tant qu'un courant suffisant circulera entre son anode et sa cathode. Lorsque le courant anodique ou la tension entre anode et cathode redescendent à une valeur très proche de zéro, le composant se bloque.

Utilisation

Dans les temps anciens, disons jusqu'aux années 1960, de petits thyratrons furent fabriqués pour le contrôle de relais électromécaniques, de moteurs et pour les équipements de soudure à l'arc.
Cette période est obsolète...
Les thyratrons furent remplacés dans la plupart des applications de faible et moyenne puissance par des semi-conducteurs équivalents comme les Thyristors et les Triacs. 

Types et applications des Thyristors, SCP, Triacs, Diacs et GTO

Le thyristor est un élément semi-conducteur assez similaire à la diode à jonction utilisée pour le redressement du courant alternatif.

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