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Pourquoi les puces (ou la fabrication électronique) utilisent-elles des semi-conducteurs plutôt que des conducteurs ?

Les semi-conducteurs sont devenus un élément important de la vie et leur utilisation est omniprésente.Sans semi-conducteurs, il n’y aurait pas de radio, pas d’ordinateurs, pas de téléphones portables, pas de téléviseurs, pas de machines à laver, pas de jeux vidéo, et certainement pas d’impression 3D, de conduite autonome, de médecine intelligente ou de photovoltaïque.Le développement rapide de l’Internet des objets a également rendu les semi-conducteurs encore plus polyvalents.

Bien qu'ils dépendent de la technologie des tubes à vide (les tubes à vide, également appelés tubes électroniques, ont été remplacés par des semi-conducteurs pour des raisons de coût élevé, de non-durabilité, de taille et de faible efficacité, avec des électrodes et des filaments conducteurs à l'intérieur), de nombreux appareils électroniques ont été créé.À l’époque des tubes à vide, les téléviseurs, les phonographes et les radios contenaient tous des circuits à tubes à vide qui nécessitaient plusieurs minutes de préchauffage à chaque fois qu’ils étaient allumés et étaient extrêmement instables.Au cours des 60 dernières années, la technologie des semi-conducteurs a permis aux appareils de devenir plus rapides, plus petits et plus stables.

Alors pourquoi utiliser des semi-conducteurs pour fabriquer ces appareils électroniques, plutôt que des conducteurs ?

Que sont les semi-conducteurs ?Un semi-conducteur est un matériau qui conduit l'électricité entre un conducteur (généralement un métal) et un isolant (généralement une céramique).Les semi-conducteurs peuvent être des éléments purs (silicium ou germanium) ou des composés (arséniure de gallium ou séléniure de cadmium).Au cours du processus de dopage, de petites quantités d’impuretés sont ajoutées au semi-conducteur pur, entraînant une modification significative de la conductivité électrique du matériau.

La plupart des appareils électroniques sont fabriqués à partir de transistors, qui à leur tour remplissent des fonctions telles que l'amplification, les oscillateurs et l'arithmétique, qui sont toutes assurées par des semi-conducteurs.

Alors pourquoi des semi-conducteurs et non des conducteurs ?

Étant donné que les semi-conducteurs ont une large gamme de conductivités, les conducteurs n'ont que des conductivités très élevées, qui ne sont pas toujours nécessaires dans la vie quotidienne.Avec des semi-conducteurs et un dopage approprié, la conductivité peut être modifiée selon les besoins.Dans le même temps, il n'est pas possible de doper les conducteurs, dont la nature incontrôlable rend impossible d'obtenir exactement ce qui est nécessaire (imaginez que les conducteurs ont un grand nombre de porteurs de charge et que le dopage a peu d'effet).

En supposant que les points A et B d'un circuit sont reliés par un conducteur, il y aura une tension entre eux et un courant circulera entre les deux points ;il n'y a aucun moyen de contrôler le flux de courant ici.À l’inverse, si les points A et B sont reliés par un isolant, le courant ne circulera pas et il n’y a pas grand-chose à faire pour permettre au courant de circuler (à moins que la tension ne soit augmentée à un niveau inimaginable).

Cependant, si un transistor est utilisé entre les points A et B, il constitue une méthode puissante de contrôle du courant.Le transistor se trouve entre les points A et B, ajoutant un nouveau point C de sorte que l'application d'une différence de tension entre les points C et B fera commencer à circuler entre A et B. Celles-ci peuvent être effectuées à des tensions très basses (inférieures à 5 volts). ) et faibles courants (faible consommation d'énergie).Il n'est pas possible d'utiliser uniquement des conducteurs ou des isolants.Parce que les conducteurs seront toujours conducteurs, les isolants ne seront jamais conducteurs et seuls les semi-conducteurs réalisent l’ouverture et la fermeture.

Sans considérer les joueurs extrêmes (certains diraient choisir un bébé tigre), la plupart des gens choisiraient un chat.Pour les joueurs extrêmes, choisiriez-vous un gros tigre ?La raison évidente est : incontrôlable et féroce.Cela ressemble beaucoup à un conducteur et à un semi-conducteur.

Tigre = conducteur (pas de contrôle sur la conductivité)

Cat = semi-conducteur (la conductivité peut être contrôlée par dopage)

Le monde scientifique est rigoureux et toute technologie qui n’est pas contrôlable ne durera pas.