SEMICONDUCTEURS

Polytech'Nice Sophia C. PETER – V 3.0
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SEMI-CONDUCTEURS
I – L'atome
Il comprend un noyau constitué de :
protons (p) : charge + 1,6 10-19 C (m = 1,67 10-27 kg),
neutrons (n) : charge nulle (m = 1,67 10-27 kg),
et des électrons (e-) charge - 1,6 10-19 C (m = 9,1 10-31 kg).
Le nombre de protons étant égal au nombre d'électrons, un atome est
électriquement neutre.
La dernière couche, appelée couche de valence, définit les propriétés chimiques et
électriques des atomes.
I – L'atome
Il comprend un noyau constitué de :
protons (p) : charge + 1,6 10-19 C (m = 1,67 10-27 kg),
neutrons (n) : charge nulle (m = 1,67 10-27 kg),
et des électrons (e-) charge - 1,6 10-19 C (m = 9,1 10-31 kg).
Le nombre de protons étant égal au nombre d'électrons, un atome est
électriquement neutre.
La dernière couche, appelée couche de valence, définit les propriétés chimiques et
électriques des atomes.
On peut donc représenter un atome par sa
couche de valence et par un coeur qui regroupe
le noyau et les couches internes
+6
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-
+4
-
-
-
-
carbone

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SEMI-CONDUCTEURS
La couche de valence peut comporter de 1 à 8 électrons.
Pour n = 8, la couche est dite saturée (sauf pour la première couche nsat = 2).
Les atomes ayant 1 électron périphérique forment les matériaux conducteurs.
Les atomes ayant 8 électrons périphériques forment les matériaux isolants.
Les atomes ayant 4 électrons périphériques forment les matériaux
semi-conducteurs.
La couche de valence peut comporter de 1 à 8 électrons.
Pour n = 8, la couche est dite saturée (sauf pour la première couche nsat = 2).
Les atomes ayant 1 électron périphérique forment les matériaux conducteurs.
Les atomes ayant 8 électrons périphériques forment les matériaux isolants.
Les atomes ayant 4 électrons périphériques forment les matériaux
semi-conducteurs.
n éléments
1 Cu, Ag, Au
3 B, Al, Ga, In, Tl (Thallium)
4 C, Si, Ge, Sn (étain), Pb
5 N (Azote), P, As, Sb (Antimoine), Bi (Bismuth)
8 He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn (Radon)

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SEMI-CONDUCTEURS
II – Le cristal
Lorsque des atomes ayant 4 électrons périphériques s'assemblent sous la forme
d'un solide, ils peuvent s'ordonner selon un motif régulier appelé cristal.
Dans ce cristal, chaque atome partage ses électrons avec ses voisins.
II – Le cristal
Lorsque des atomes ayant 4 électrons périphériques s'assemblent sous la forme
d'un solide, ils peuvent s'ordonner selon un motif régulier appelé cristal.
Dans ce cristal, chaque atome partage ses électrons avec ses voisins.
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Chaque atome « voit » ainsi huit
électrons périphériques.
Chaque atome ayant huit électrons sur
sa couche de valence, le cristal est
isolant à température ambiante.
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SEMI-CONDUCTEURS
Lorsque la température augmente, on apporte de l'énergie au semi-conducteur.
Certains électrons peuvent alors utiliser cette énergie pour augmenter leur vitesse
et quitter leur orbite.
Le départ de l'électron crée un vide dans la couche de valence appelé « trou ». Ce
dernier se comporte comme une charge positive car la perte d'un électron entraîne
l'apparition d'un ion positif.
Lorsque la température augmente, on apporte de l'énergie au semi-conducteur.
Certains électrons peuvent alors utiliser cette énergie pour augmenter leur vitesse
et quitter leur orbite.
Le départ de l'électron crée un vide dans la couche de valence appelé « trou ». Ce
dernier se comporte comme une charge positive car la perte d'un électron entraîne
l'apparition d'un ion positif.
+
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Le nombre d'électrons libres et de trous
est identique.
Lorsque qu'un é- est attiré par un ion
positif, il « tombe » dans le « trou » :
c'est la recombinaison. L'ion positif
disparaît.
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SEMI-CONDUCTEURS
III – Le semi-conducteur intrinsèque
C'est un semi-conducteur pur.
A température ambiante, i =
III – Le semi-conducteur intrinsèque
C'est un semi-conducteur pur.
A température ambiante, i =
U
iE
+-