11.2 : Diode: polarisation directe

Dans les dispositifs semi-conducteurs, les diodes jouent un rôle crucial dans la direction du flux de courant, et leur fonctionnement est principalement classé en polarisation directe et polarisation inverse. Une diode est dite polarisée en direct lorsque sa région de type p est connectée à la borne positive d’une batterie et sa région de type n est liée à la borne négative. Cette configuration réduit la barrière de potentiel à l'intérieur de la diode, permettant au courant de circuler facilement de la région de type p vers la région de type n.

Le comportement d'une diode en polarisation directe est régi par ses caractéristiques I-V qui sont influencées par le matériau, la température et les dimensions physiques de la diode. Lorsqu'il est polarisé en direct, le courant (I_D) d'une diode peut être décrit par l'équation de la diode:

où I_S est le courant de saturation, q est la charge électronique, V_D est la tension appliquée aux bornes de la diode, n est le coefficient d'émission, k est la constante de Boltzmann et T est la température de jonction. La tension thermique V_T (kT/q) mesure l'énergie nécessaire pour déplacer les porteurs de charge à travers la diode et sa valeur à température ambiante est d'environ 26 mV.

La diode présente un courant négligeable pour les tensions inférieures à la tension de coupure, généralement 0,7 V pour les diodes au silicium. En polarisation directe, pour chaque décennie de changement du courant direct, la tension de la diode change d'environ 60 mV. Le courant de saturation (I_S) varie en fonction de la température et de la section transversale de la diode et double pour chaque augmentation de 10°C. En raison de la dépendance de l'I_S et du V_T à la température, la chute de tension d'une diode diminue d'environ 2 mV pour chaque augmentation de température de 1 °C à courant constant, une propriété exploitée dans les circuits de détection de température tels que les thermomètres électroniques. Comprendre ces propriétés est crucial pour l'électronique où les diodes sont des composants centraux, tels que les redresseurs, les mélangeurs de signaux et les régulateurs de tension.