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TU z'aimes les semi-conducteurs ?

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TU z'aimes les semi-conducteurs ?

Message  Prof le Dim 27 Fév - 23:13

Questions d'une ancienne de chez nous, en Manip Radio, Niv +2 sciences.

1 ) un semi conducteur intrinsèque est :
a. bon isolant
b. bon conducteur
c. mauvais conducteur et mauvais isolant
d. ni conducteur ni isolant
e. conducteur dans un sens isolant dans l’autre

2 ) un semi conducteur extrinsèque :
a. est un corps pur à 4 électrons périphériques
b. contient quelques traces d’impuretés
c. a sa couche électronique externe saturée
d. est bon isolant
e. réunit 2 semi conducteurs intrinsèques

3 ) une jonction est l’association de :
a. 2 supra conducteurs
b. 2 semi conducteurs de type identique
c. un semi conducteur extrinsèque + un intrinsèque
d. 2 semi conducteurs intrinsèques de type différent
e. 2 semi conducteurs extrinsèques de type différent

Pistes de réponses ...

Tu te rappelles le programme de fin d'année en TS, ce que l'on appelle pompeusement "quantique", et bien on a vu qu'un atome isolé peut se trouver dans des niveaux d'énergies distincts qui correspondent à certaines configurations de son nuage électronique. Par exemple, le silicium a 14 électrons qui sont réparties sur les différentes couches. Dans ton problème on ne s'intéresse qu'aux électrons de valence, c'est à dire ceux qui sont sur la couche externe. Dans le silicium il doit y en avoir 4. Si ces électrons sont peinards sur la couche externe alors l'atome est dit dans son état fondamental, c'est l'état de plus basse énergie. Si un électron est excité, il peut alors passer sur une autre couche ... situation que l'on représente sur un diagramme énergétique : axe vertical avec plusieurs échelons horizontaux correspondant aux différents niveaux d'énergie possible. L'échelon le plus bas est celui qui correspond à la situation atome peinard, tous les électrons à leur place. Si excité, l'atome passe à un échelon horizontal supérieur (lequel ? Cela dépend de la quantité d'énergie apportée par l'excitation).

Lorsque deux atomes sont proches l'un de l'autre, ils sont en interaction et celle-ci produit une légère modification de leurs niveaux d'énergie. Lorsqu'ils sont un paquet, dans un grain de sable, les niveaux d'énergies possibles deviennent si nombreux et si proches qu'on parle de bande d'énergie.
==> L'état fondamental est alors appelé bande de valence. Les électrons externes (les 4 du silicium) sont dans cette bande de valence.

Si on excite le grain de sable suffisamment (on file de l'énergie), l'un des électrons externes peut se déplacer librement vers un autre atome du réseau d'atomes (reseau car ils sont bien rangés). On dit que cet électron se trouve dans la bande de conduction.

On peut distinguer 3 cas ; isolant, conducteur et semi-conducteur sur un diag énergétique.

Isolant : la bande de valence est en bas (un rectangle) et séparée par une grande zone vide que l'on appelle zone interdite, cette zone ne contient aucun niveau accessible par l'atome. Au dessus très loin la bande de conduction, beaucoup trop haute (10 eV je crois) pour être atteinte. Les électrons ne peuvent franchir ce "fossé" qu'est la bande interdite. Les électrons ne bougent pas, c'est un isolant.

Conducteur : Là la bande de valence et de conduction se chevauchent ! On n'a pas de différence entre les électrons de valence et de conduction puisque les électrons de valence se déplacent librement d'un électron à un autre sans apport énergétique.

Semi-conducteur intrinsèque (intrinsèque = d'origine) : C'est le cas du silicium et du germanium, eux ils sont une bande interdite super étroite (1 eV je crois). Bon si on fait rien les électrons de valence ne passe pas tout seul dans la bande de conduction (l'agitation thermique est insuffisante) mais il faut pas grand chose...

Maintenant on utilise beaucoup de semi-conducteurs extrinsèques, ce sont des semi-conducteurs que l'on a trafiqué en ajoutant des impuretés (quelques atomes étrangers, le processus est appelé dopage). En gros dans un grain de sable pur, les 4 électrons externes de chaque atome de silicium sont bien rangés et occupés avec les 4 atomes de silicium voisins. MAIS si on remplace un de ces atomes par un d'Arsenic (dopage classique) qui possède 5 électrons de valence, et bien 4 de ces électrons sont occupés (comme avec le silicium) mais le cinquième est inoccupé et peut se déplacer librement à travers le réseau. Sur le diag' énergétique cela crée un niveau d'énergie dans la bande interdite (une passerelle) sur lequel se trouve cet électron inoccupé. Cet électron peut très facilement sauter dans la bande de conduction. Ce semi-conducteur est de type n car le porteur de charge (l'électron inoccupé) est négatif (n).

Bien sur on peut doper avec "l'inverse", c'est à dire un atome de gallium à la place d'un atome de silicium. Le gallium a trois électrons de valence, on va donc avoir un "trou" dans notre réseau de silicium. Un électron d'un atome de silicium voisin peut et va venir remplir ce trou ... en créant un nouveau trou ! qui sera rempli par un autre électron et ... bref, tout se passe comme si le "trou" se déplaçait. On appelle ces semi-conducteur du type p. (le trou est considéré comme positif (p))

Enfin un peu de jonction ... L'un des montages de semi-conduc les plus pratiques est la jonction p-n, c'est à dire l'interface formée quand on amène en contact un semi p et un semi n. Heu après je dois pouvoir t'expliquer des applications de la fonction p-n mais je doute que ce soit utile ... si c'est le cas fait mois signe.

J'espère t'avoir éclairé.
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