Electrostatique 4

1
A-VII Les Conducteurs
A-VII.1 Introduction
Les matériaux aux propriétés intéressantes pour les applications de l’électricité – électronique sont de
trois classes
Les conducteurs
Les semiconducteurs
Les isolants
Dans le cadre de ce cours seuls les conducteurs, sous-entendu de l’électricité, nous intéressent

2
La force électrique dans la matière
Force dans Modèle Origine de
l’attraction
Exemple
Atome Charges opposées H
Cristal
ionique
Charges opposées NaCl
Lien
covalent
Noyaux et paire d’e-
partagée
H - H
Métal Cations (ions +)
métalliques et
électrons délocalisés
Au
–
+

3
Pour spécifier la nature conductrice d’un matériau et les propriétés électriques qu’il va manifester,
cherchons à savoir où se placent les électrons dans la matière solide (condensée au sens large).
Des électrons restant sur leur atome initial: ce sont ceux des
couches électroniques profondes, peu perturbées par la
promiscuité des atomes voisins. Niveaux de Cœur
Des électrons qui passent d’un atome donné à un atome
voisin, partagés pour constituer les liaisons chimiques.
Bande de valence
Des électrons « libérés » de leur atome initial et qui peuvent
se déplacer très facilement dans la matière car peu liés aux
atomes fixes du matériau. Bande de conduction
Dans la matière, les
électrons nous sont fournis
par les atomes. Si ces
atomes restaient isolés les
uns des autres les électrons
resteraient bien sagement
sur leur atome initial. Le fait
de les réunir (les atomes)
pour constituer un matériau
bouscule l’arrangement
initial pour donner:
Niveaux de Cœur
Bande de valence
Bande de conduction
Énergie

4
D’une classe de matériaux à l’autre le schéma de
répartition des électrons reste globalement le même. Ce qui
change essentiellement c’est l’écart énergétique existant
entre les électrons les plus hauts de la bande de valence et
ceux les plus bas de la bande de conduction. Cet écart
s’appelle la bande interdite, le gap en anglais.
Si le gap est grand (>5 eV « électron-volt ») peu
d’électrons peuvent passer dans la bande de conduction et
le matériau est isolant.
Si le gap est nul, beaucoup d’électrons pourront se
trouver dans la bande de conduction et le matériau sera
conducteur à toute température.
Si le gap est ~eV, il sera alors possible de provoquer
l’arrivée d’électrons dans la bande de conduction et rendre
le matériau conducteur, alors qu’il ne l’était pas
intrinsèquement. Ces matériaux dits semiconducteurs,
véritables machines à électrons, jouent un rôle essentiel
dans la technologie d’aujourd’hui: Matériel Informatique,
Matériel des Télécommunication, Électronique en
général…
Bande de valence
Bande conduction
Sommet de bande
de valence
Bas de bande de
conduction
Gap

5
Conducteur Semiconducteur Isolant
Bande de Valence Gap Bande de Conduction
Voici un schéma qui résume les trois situations
Pour que la matériau soit
conducteur il faut que les
atomes constitutifs aient des
électrons extérieurs peu liés à
l’ensemble de l’atome.
L’expression « électron libre »
est entrée dans le langage
courant, comme d’autres
expressions d’autant plus
usitées que mal comprises. Électron extérieur, candidat à la liberté