Mais s'il y a des impuretés (ce qui est pratiquement toujours le cas), celles ci ne peuvent pas s'intéger au cristal et augmentent le nombre d'électrons mobiles. Quand on applique une tension, il y a parfois un électron qui est libéré du cristal, ce qui produit un faible courant. En pratique le germanium et le silicium sont des semi-conducteurs. Un atome d'impureté sur un million d'atomes purs suffisent à rendre le cristal semi-conducteur.

Quand la température augmente, les électrons sont plus aisément libérés et le courant peut devenir plus important. Dans les circuits électroniques, il doit y avoir une correction pour compenser l'augmentation du courant avec la température. C'est surtout le cas avec le germanium.

En pratique on n'utilise pas de germanium ou de silicium pur, car sa résistance est trop élevée. On le "dope" avec un pourcentage très précis d'impuretés.

L'antimoine est un élément pentavalent, il a 5 électrons sur la couche extérieure. Quand on dope le semiconducteur avec un tel élément, on obtient un réseau cristallin avec des électrons surnuméraires. Ces électrons sont facilement libérés et augmentent la conduction du germanium ou du silicium. Ce semiconducteur est dopé N car les électrons ont une charge négative.

On peut également doper le silicium ou le germanium avec un élément trivalent comme le bore ou l'indium. Ces éléments ont un électron trop peu pour faire un réseau cristallin stable. Ici, le courant est réalisé par les électrons qui sautent d'un trou à l'autre. On indique que le semiconducteur est dopé P.

Diode

La couche ne grandit pas indéfiniment, car le déplacement des électrons a généré une barrière électrostatique. Les atomes sont fixés dans le cristal et ne peuvent pas se déplacer pour suivre les électrons qui gambadent dans la nature.

A droite, deux photos d'une diode à pointe de contact OA85qui était souvent utilisée dans le téléviseurs pour redresser le signal vidéo. La diode utilise encore l'ancienne nomenclature Philips/Mullard des lampes électroniques où la lettre "O" indique "pas de chauffage". Plus tard, la nomenclature Pro Electron utilisera les lettre "A" et "B" pour les semi-conducteurs au germanium et silicium (AA115, BY126,...).

C'est une diode à pointes de contact, c'était à l'époque le seul type de semi conducteur qui pouvait être réalisé (on a même fabriqué des transistors selon le même procédé, mais les résultats étaient décevants). L'histoire des premières diodes et transistors est expliqué ici.

Une fine pointe en métal (métal = électrons en trop) touche la surface d'un cristal de germanium dopé avec un élément trivalent (trop peu d'électrons). A la fin du processus de fabrication, on envoie un fort courant dans la diode, ce qui fait fondre une minuscule partie du germanium. Il se forme localement un alliage qui va stabiliser le fonctionnement de la diode.

La diode est conçue pour une tension inverse de 90V et un courant continu maximum de 50mA. La chute de tension est de 0.2V pour un courant de 100µA. Les diodes à pointe de contact sont encore utilisées pour des applications très haute fréquence (radar et satellites) à cause de leur très faible capacité, de l'ordre de 0.1 à 1pF.

Le symbole de la diode reprend la forme de la réalisation pratique d'une diode à pointe de contact.

Barrière électrostatique Diode zener Diode varicap

Si on met une tension entre les deux couches, on va soit agrandir soit réduire la couche de déplétion selon la polarité (augmentation ou réduction du champ électrostatique). Quand la tension appliquée devient suffisamment importante, la couche de déplétion disparait et la diode entre en conduction (dans un seul sens).

La tension nécessaire pour mettre la diode en conduction est de 0.1V pour du germanium (Ge) et de 0.6V pour du silicium (Si). Le passage à la conduction n'est pas brusque, à cause de l'agitation thermique il y a déja des électrons qui sautent la barrière à partir d'une tension plus basse.

Diode zener

La diode fonctionne de la même manière dans le sens de la conduction, mais dans le sens inverse la diode entre en conduction à partir d'une certaine tension. Les électrons sautent par delà de la jonction. Il s'agit d'un effet qui ne détruit pas la diode (tant que le courant est limité). Une diode zener est utilisée comme stabilisateur de tension pour les faibles puissances ou comme élément de référence.

L'expérience montre que même utilisées correctement, les diodes zener ont tendance à tomber en panne (au bout de très nombreuses années de fonctionnement). La panne est facilement détectable, la diode est en cours-circuit total.

Diode varicap

Toutes les diodes produisent un tel effet, mais certaines diodes sont construites spécialement pour cette fonction, avec une zonde de déplétion bien définie (et donc une capacité bien définie). Ces diodes sont utilisées dans les circuit accordés haute fréquence (tuners de télévision, etc). Ces diodes permettent également de corriger l'accord d'un circuit, par exemple la fonction AFC (correction automatique de la fréquence) dans les récepteurs FM.

Il y a des exemples de l'utilisation d'une diode varicap pour la fonction AFC sur la page des radios transistorisées.

Diode schottky et diode PIN

Les diodes PIN contiennent une zone intermédiaire entre les zone N et P. Ce sont des diodes qui sont par exemple utilisées comme interrupteur haute fréquence. Elles n'ont pas de symbole particulier.

La suite de l'article avec le fonctionnement des transistors et des thyristors