Structure électronique des matériaux - Physique du solide

I)La
physique
du
solide
aujourd'hui
Uf.iversíté Mohammed Premier
Faculté des sciences Oujdaa
But
de
la
Physique
du
Solide:
Structure électronique
des matériaux
Expliquer
avec
un
modèle
microscopique
la
grande
variété de
propriétés
physiques observes pour differents materiaux massifs.
Exemple
l'ambiante de certains matériaux.
Chapitre 1:
Genéralité : Représentation de
Si dopa
Mn CcutchoL
Querz
10-3 10 10
10-2
100
104
10 104 10 10
105
10
10
la liaison électron-réseau
.
isc ants
Pr. Farid FALYOUNI
Master Optique et Matériau (0M)
Annëe u7Ltversitare 2020/2021
1)
La
physique
du
solide aujourd'hui:
I)
La
physique
du
solide aujourd'hui:
Ou
est-ce
qu'on
utilise
la
"Physique
du
Solide"
aujourd'hui
Résistivité
électrique
est nulle
en
dessous
de
Te
***
1911 H. Kamerlingh Onnes
Diamagnétisme parfait en dessous d. H
16,0
Illustration par troiS exemples
1933:
W.
Meissner et R.
Ochsenfeld
TT
T<T

1) La physique du solide aujourd'hui
I) La physique du solide atjourd iui:
Température critique en cours du tempS
2) a nicroélectronirne est pariuut :
Pese
Télévision
10 puces
10 000 000T
Hs53 GP
personne
puce
Cafetière
puces
10 000 0007
10 000 T
électrique
1 puce
iv:
5 puces
10 000 T
MgBac'acu
190 000 T
Maison
Reveil
Voiture
matin
3 puces
50 puces
100 000 000 T
}.4
200 00T
LaBaCu
4
BABO rtd:,
1äitbsAy'
Travail
Pucia,
PC
et
10 pucess
imprimante Organiseur
5puces
30 000 000T
10 000 000OT
Ascenseur
50 puces
300 000 000
puce
2000 000T
jliatidlki
5puces
5 000 000T
Year
I) La physique du solide aujourd'hui : I) La physique du solide aujourd'hui:
Un circuit intégré
Un transistor à effet de champ (M0SFET)
ans
Zone Active
deS

1)
La
physique
du
solide
aujourd'hui
)
La
physique
du
solide
aujourd'hui:
Un
transistor
à
effet
de
champ
(MOSFET)
"La Matière est discrète"
Un MOSFET
de
4.2 nm
pour 2023
Métai
Oxyde
Seni-conducteur
Dopage
Potentiel électrique
Z0nekgive
CeSi*
Concentration électronique
I) Un pcu d'histoire:
1) La physique du solide aujourd'hui:
Seetes quantique's 9
Quelques découvertes importantes
1897
Découverte de l'électron par Thomson
1900
Théorie de la cinétique des gaz par Maxwel
et Boltzmann
Joseph John
Thomson
James Cierk
Maxwell
Ludwig
Boltzmann
Paysage électronique
(«stadium
corralb)
obtenu
par
microscopie
å eftet unnel
(STM)
puis
traitement
par
ordinateur et montrant
des
atomes de fer
disposés
régulièrement en forme de stade sur du cuivre.
1900
Max
Planek:
Théorie des
quanta
Théorie de Drude:
Première théorie des métaux
1900
Max
Paul
Cete
enceinte
atomique
confine les états
quantiques
des électrons
en
surface.
OIBM, STM Image Gallery
Planck
Drude

l) Un peu d'histoire
Il) Un
peu d'histoîre:
1924
De
Broglie
: Nature ondulatoire de l'électron
1928
Théorème de
Bloclh
-Théorie des bandes
1926 Statistique de
Fermi - Dirac
Louis de
Broglie
Enrico
Fermi Paut
Adrien
Maurice Dirac
Felix
Bloch
1948
Invention
du transistor par
Shockley,
Bardeen
et
Brattain
Equation de Schrödinger -
Mécanique Quantique
1926
Erwin
Schrödinger
William Bradford
Shockley
ohn
Bardeenn
Walter Houser
Brattain
Modèle
de
Sommerfeld: Théorie
quantique
d'un
gaz d'électrons libres
1926
Arrold Johannes
Sommerfeld
I1) Un peu d'histoire: III)
Liaison
cristalline
et
eristallographie:
.ai$
ristaiitu
*i
ti;"
1958
Premiers circuits
intégrés
par
Kilby
et
Nuyce
Anorphe
verre
Cristal
quartz, Si0,
Distinetion:
Au niveau macroscopique:
Jack S. Kilby
Robert N. Noyce
Si
on
élève la
température
du
verre,
on
observe
un
passage
progressif
de
l'é'at
solide à
l'état de
liquide
sans
palier.
Proposition
du
principe
de
LASER à
base
de
semiconducteurs
par
Alferov et
Kroemer
(réalisation
à T ambiante
en
1970)
1963
Pour
un
cristal,
on
observe un
palier
de température
dú
à
une
coexistence
(changement)
de
phase.
Au niveau microscopique:
amorphe répartition aléatoire des atomes
cristal répartition
périodique dans l'espace des atomes.
Zhores I. Alferov
Herbert Kroemer

1) Liaison eristalline et eristallographie:
Il)
Liaison eristalline
et
cristallographie
2 iaisotls eristallines
Quelles
sont les forces
qui
permettent
aux
atomes de
se lier
entre
eux
et de
former telles ou telles structures?
(D'après Neaman)
Plusieurs
paramètres/effets à
prendre en
compte:
Garder les ions chargés positivement à part
Garder
les électrons
chargés négativement
à part
Garder les électrons proches des ions
(a)
(c)
Minimiser
l'énergie cinétique
des électrons
en
les
répartissant
Cristallin
Amorphe
(pas d'ordre)
Polycristallin
(ordre à courte porie)
(ordre à longue portée)
Le but:Ucrisalbbre0
) Liaison cristalline ct eristallographie:
IIl)
Liaison
cristalline
et
cristallographie
a) Liaison métallique:
4
principaux
types
différents: Un point commun:
La
majorité
des
éléments
chimiques
ont
un
comportement
métallique
plus
ou moins marque.
Liaison métallique Les atomes essayent
d'avoir leur
dermière couche électronique
vide ou complète!
Construits à
partir
d'éléments ayant
peu
d'électrons de valence
là
leur
périodc ou niveau d'énergie
Liaison covalente
Liaison ionique
Exemple
Sodium (Na)
Cuivre (Cu)
1s2 2p 3s'
1s2522p 3s-3p°3d04s
Liaison de Van der Waals
(gaz rares) ou liaison moléculaire