Un bon semi-conducteur pour des panneaux photovoltaïques doit avoir une énergie de gap ni trop basse ni trop élevée. Enfin, dans le cas des semi-conducteurs, au milieu, il existe une bande interdite aussi, mais cette dernière est très fine. Il suffit d’un petit quelque chose pour que les électrons de valence puissent passer dans la bande de conduction et ainsi rendre le semi-conducteur… conducteur. En physique des semi-conducteurs, on appelle gap la largeur de la bande interdite, laquelle est l'intervalle d'énergies situé entre l'état de plus basse énergie de la bande de conduction et l'état de plus haute énergie de la bande de valence. Si E_{gap} \leqslant 1 eV, alors le matériau est un semi-conducteur. Ces extrema représentent, dans un semi-conducteur à l'équilibre, des domaines énergétiques où la densité de porteurs type Dopage d’un semi-conducteur Ge Si unit Z 32 14 A 72.6 28.1 Dens 5,32 2,33 g/cm2 E g 0.7 1.1 eV E e/t 2.96 @77 3,62 @300 eV °K Dopage 1013 a 1016 pour 1022 at / cm3. Activité 3 : De l’atome aux matériaux semi-conducteurs Les premiers effets photoéletriques, ’est -à-dire la prodution d’életriité à partir de matériaux asorant la lumière, ont été observés dès le XIX ème sièle. Pour un semi-conducteur à gap direct, m c (resp. La figure I.2 présente les différentes transitions possibles selon la nature du gap. Quand un photon heurte la cellule, il transmet son énergie aux électrons des semi-conducteurs. EFSC J (ou eV) Niveau de Fermi du semi-conducteur EG J (ou eV) Gap ou largeur de la Bande Interdite Ei J (ou eV) Energie du milieu de la bande interdite (E C+E V)/2 EV J (ou eV) Energie du haut de la bande de valence E r Vm-1 Champ électrique fn(E) - Probabilité d’occupation d’un niveau d’énergie E par un électron fp(E) - Probabilité d’occupation d’un niveau d’énergie E par un trou Ces matériaux étant utilisés depuis longtemps, ils ont défini une valeur de référence pour le gap, de l’ordre de 1 eV. Un semi-conducteur est un isolant pour une température de 0K. Le comportement électrique des semi-conducteurs est généralement modélisé à l'aide de la théorie des bandes d'énergie. M18 : Semi-Conducteurs Ra p p o rt d u j u ry : La variété des matériaux semi-conducteurs fait qu'il est parfois difficile de savoir quel est le matériau utilisé dans un composant commercial, ou quel est le dopage dans certaines plaquettes. Identifier les semi-conducteurs qui répondent le mieux à ces critères. Porteurs de charges dans les milieux semi-conducteurs, électrons libres de conduction de la BC et les trous mobiles de la BV. La théorie des bandesest une théorie physique qui décrit le fonctionnement des semi-conducteurs, mais aussi des conducteurs et des isolants. Energie de gap d'un semiconducteur (trop ancien pour répondre) Jean-Christophe 2010-03-16 13:23:09 UTC. Dans un semi-conducteur (Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un...), comme dans un isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes....), ces deux bandes sont séparées par une bande interdite, appelée couramment « gap ». énergie e-semi-conducteur W F W G.1eV gap assez élevé ü To crée qq e-libres valence conduction isolant énergie e-W F gap très élevé ü To crée . Permalink. Dans le cas des semi-conducteurs, l'énergie de gap modérée ( 1 eV et variable d'un matériau à l'autre) rend plus probable le transfert d'électrons de la bande de valence vers la bande de conduction par un apport énergétique (d'origine thermique, optique, électrique) raisonnable. • Pour les semi-conducteurs, la bande de valence et la bande de conduction sont séparées par un gap plus faible, compris entre 0,5 et 4 eV, mais le plus souvent voisin de 1 eV. Nous allons la présenter sous une forme vulgarisée et particulièrement simplifiée. Ils mettent en commun des électrons de leur couche périphérique pour constituer des liaisons covalentes. Dans un semi-conducteur à base de silicium, « l’énergie de gap » Eg est égale à 1,12 électronvolt à une température de 300 kelvins. d'un trou m h) dans le cristal. Une résistance chauffante est accolée à l’échantillon. Le gap est l'énergie minimum qui doit être apportée au cristal pour qu'un électron de la bande valence (participant aux liaisons entre les atomes) soit libéré dans la bande de conduction. c'est le principe d'un semi-conducteur et … On parle de gap direct lorsque ces deux extremums correspondent au même quasi-moment (quantité de mouvement associée au vecteur d'onde dans la première zone de Brillouin), et de gap indirect lorsque la différence entre les vecteurs d'onde de ces deux extremums est non nulle. La notion de gap direct et indirect est liée à la représentation de la dispersion énergétique d'un semi-conducteur : le diagramme E (énergie) - k (nombre d'onde). -Le semi-conducteur de type N (Négatif).Le principe est le même que pour le semi conducteur de type P, sauf qu’on dope le cristal avec des éléments ayant un électron de valence de plus (atomes donneurs) : le phosphore, l’arsenic et l’antimoine, qui possèdent 5 électrons de valence pourront doper le silicium par exemple. Les paires électrons trous créées directement par excitation thermique d’un électron de la bande de valence dans la bande de conduction deviennent prépondérantes. La notion de gap direct et indirect est liée à la représentation de la dispersion énergétique d'un semi-conducteur: Diagramme E (Énergie) - k (Vecteur d'onde). Schéma des bandes d'un semi-conducteur. Chapitre II: Etude des Semi-conducteurs intrinsèques à l’équilibre II.1. Maintenant, il n'est pas exclu qu'une apport d'énergie fasse passer un électron quelconque (non liant) dans la couche de conduction même si cette couche était vide. bande de valence). La notion de gap direct et indirect est liée à la représentation de la dispersion énergétique d'un semi-conducteur : le diagramme E (énergie) - k (nombre d'onde). Quand le minimum de la bande de conduction et le maximum de la bande de valence coïncident dans l’espace des k, il s’agit d’un gap direct. 4. Bonjour à tous, Je recherche des informations sur les semi-conducteurs concernant le calcul de l'énergie de gap en fonction : - De la longueur de maille du réseau. dans le cadre de la théorie des bandes, associée à l'état cristallin, pour dire qu'un semi­ conducteur est un isolant à faible bande interdite (gap) ; avec « faible », on précise généralement quelques kT (énergie thermique à la température ambiante). 1.1.2 La fibre optique Les télécommunications optiques peuvent être vues comme étant une extension des télécommunications à ondes hertziennes au domaine des fréquences ultra-hautes de l'optique. ( µn+µp) semi-conducteur dopé n+: p << p i et n ≈ ND donc σn = e.N D.µn semi-conducteur dopé p+: n<5eV 10 Les bandes d'énergie définies précédemment se peuplent en commençant par les niveaux les plus bas. 2 Méthodologie La température des deux semi-conducteurs est contrôlée par un module à effet Peltier, et la température est mesurée grâce à une sonde de Platine. fondamentale des semi-conducteurs. - De la longueur d'onde associée. La bande de conduction est définie comme le premier niveau énergétique au dessus de … Les zones colorées en rouge représentent les domaines d’énergie effectivement occupés par des électrons. Un semi-conducteur est un isolant pour une température de 0K. 0 e-libres W G >5eV 10 Les bandes d'énergie définies précédemment se peuplent en commençant par les niveaux les plus bas. Les bandes interdites sont naturellement différentes pour différents matériaux. Dans un atome isolé, l'énergie des électrons ne peut posséder que des valeurs discrètes et bien définies, par contraste au continuum On distingue alors les semi-conducteurs petit gap qui ont une bande interdite très inférieure à 1 eV et les semi-conducteurs … Sommaire I. Définition d’un semi-conducteur.....2 I.1. Cela implique que seuls les photons ayant une énergie supérieure à Eg seront en mesure de déloger un électron de la bande de valence pour le faire passer dans la bande de conduction, contribuant ainsi à l’apparition d’un courant électrique. Si l’énergie absorbée est suffisante pour permettre le passage de la bande interdite (hv > Egap = Éconduction – Evalence), ces électrons quittent leur bande de valence et entrent dans la bande dite de conduction. L’industrie fabrique les semi-conducteurs avec un haut degré de pureté (moins de 1 atome étranger pour 1011 atomes de semi-conducteur) : on parle alors de semi-conducteur intrinsèque. La igure 3 correspond à une représentation sur un plan de la f structure. Les semi-conducteurs Sous l'action d'un champ électrique, les électrons et les trous ont une vitesse de dérive dans un semi-conducteur: R =𝜇 Rℎ=𝜇ℎ R , Rℎ = vitesse de dérive des électrons & des trous (cm.s-1) 𝜇 , 𝜇ℎ = mobilité (cm2.V-1.s ) E= champ électrique (V.cm-1) A 300°K, pour le silicium, 𝜇 Si E_{gap} \gt1 eV, alors le matériau est un isolant. Si les électrons libres peuvent servir de porteurs de charges, ce n'est pas le cas des électrons liés. Le matériau, isolant, devient alors un conducteur sous l'effet de cet énergie. Ce diagramme permet de définir spatialement les extrema des bandes de conduction et de valence. sèque ou intrinsèque (dopé ou non), et, pour le semi-conducteur intrinsèque, son énergie de gap. Le meilleur compromis est obtenu en choisissant des semi-conducteurs ayant un gap compris entre 1 et 1,7 eV. Il a fallu attendre l’arrivée de la physique quantique au déut du XX siècle pour pouvoir les expliquer. Bonjour à tous, Je recherche des informations sur les semi-conducteurs concernant le calcul de l'énergie de gap en fonction : - De la longueur de maille du réseau. La notion de gap direct et indirect est liée à la représentation de la dispersion énergétique d'un semi-conducteur : le diagramme E (énergie) - k (nombre d'onde). Semi-conducteurs intrinsèques. 5 10 eV) rendant la bande de conduction quasiment inaccessible et inoccupée aux températures raisonnables. C’est en partie pourquoi les processeurs doivent être La couche électronique périphérique assure la stabilité de l’atome. On propose ici d’étudier un barreau de Germanium non dopé 1. une énergie supérieure à celle du gap du silicium. Les candidats mesurent alors des propriétés sans pouvoir les comparer à quoi que ce soit. D’après la physique quantique, un atome ne peut exister que dans certains états d’énergie (on dit que ses états d’énergie sont quantifiés). 2 Principe général de l’expérience Figure 3: Schéma de l’appareillage expérimental. Contrairement aux conducteurs, les électrons d’un semi-conducteur doivent obtenir de l’énergie (par exemple à partir de rayonnements ionisants) pour traverser la bande interdite et atteindre la bande de conduction. Ces extrema représentent, dans un semi-conducteur à l'équilibre, des domaines énergétiques où la densité de porteurs type une énergie supérieure à celle du gap du silicium. Le matériau devient alors conducteur électrique. Identifier les semi-conducteurs qui répondent le mieux à ces critères. I.7. Ces extrema représentent, dans un semi-conducteur à l'équilibre, des domaines énergétiques où la densité de porteurs type Chaque atome est lié à 4 voisins placé aux sommets d’un tétraèdre par une liaison covalente : il s’agit d’atone «tétravalent » 6- Les semi-conducteurs purs ou intrinsèques Dans un semi-conducteur pur, le gap est assez faible pour autoriser, à température ambiante, le passage d’un petit nombre d’électrons de la BV dans la BC. Rappeler la définition du gap d’un semi-conducteur, son ordre de grandeur, ainsi que la structure de Les bandes interdites sont naturellement différentes pour différents matériaux. - De la longueur d'onde associée. Ce dernier a un gap indirect de 1,11 eV. La position du niveau de Fermi à T = 0 K est aussi représentée ou isolant . Les transitions inter Par exemple, un diamant semi-conducteur a une bande interdite de largeur 6 eV, GaAs semi-isolant - 1,5 eV. Structure cristalline et bandes d’énergie Si Si Si Si Si Si Si Si Si Une structure cristalline est constituée d’un assemblage régulier d’atomes (Figure 1). " Dans les semi-conducteurs, la bande d’énergie interdite est plus étroite , ~1 eV, cependant à T=300K, E cin~ 0,026 eV => très peu d’électrons peuvent franchir ce « gap » => très faible courant G. De Lentdecker & K. Hanson 6 . La bande inférieure est appelée la bande de valence, quicorrespond aux électrons liés à des sites de réseau spécifiques dans le cristal. Pour cela, on mesure la conductivité du matériau en fonction de sa température. Il a fallu attendre l’arrivée de la physique quantique au déut du XX siècle pour pouvoir les expliquer. Energie Isolant Conducteur Bande interdite Semi-conducteurs Fig. 1 2 – Semi-conducteurs 2.1 – Structure des semi-conducteurs Fig. 2 Diamant La structure du silicium et du germanium est la même que celle du diamant (cubique Fd3m). La polarisation de cette jonction par une source de tension extérieure montre un comportement dissymétrique qui est à l’origine de la première grande application des semi-conducteurs dopés : la diode à jonction. émission de radiation (un photon) dont l’énergie équivaut à la bande interdite. La bande de valence correspond à la bande d'énergie la plus élevée entièrement remplie d'électrons. Dans les diagrammes de bande d'énergie ci-dessus d'un semi-conducteur. semi-conducteur joue un rôle si important en télécommunications optiques. Un photon est absorbé par un semi-conducteur quand son énergie est supérieure au gap, sinon il le traverse ; ainsi, ces deux photons d'énergie supérieure au gap peuvent être absorbés. Lors de l’expérience, trois échantillons semi‐conducteurs encapsulés (jonctions p‐n de transistors ou
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