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Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs Empty Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs

le Sam 5 Oct - 12:45
1) definitions des semiconducteurs : les semieconducteurs sont des materieau utilise dans la fabrications des composants electroniques(diodes,transistor bipolaires et les transistors a effet de champs)
selon la conductivité électrique des materieux nous distingons trois groupes :
les conducteurs semie conducteurs et les isolants.
-les conducteurs : sont les materieux pouvant conduire le courant electrique,donc possédant des porteurs de chatges electrique mobile.
-les isolants: sont les materieux qui ne peuvent pas conduire le courant electrique.
-les semiconducteurs : sont les materieux qui sint isolant a zeo degres kelvin,lorsque la temperature augmente le semiconducteur libere des electrons libre et devient conducteur.

la resistivite electrique des semie conducteurs est intermediaire entre celle des isolant et celle des conducteurs.

2) definition resistivité electrique:
on a la resistivte electrique d'un materieau varie en fonction de sa longeur,de sa section.

Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs 2c7e0cdfe24b932beb379b0d259a24e792cc0325

La resistivité est le coeficient qui entre dans le calcul de la resistance lectrique. elle represente l'aptitue d'un materieua a s'opposer a la circulation du  courant electrique.

etat energitique des electrons
cas d'un atome isole occuent des etat d'energie discret caractérisé par les quatre nombres quantiques n l m s
le nombre quantique principal n=1,2,3.. il defini la couche du tableau de mendeliev(K,L,M,N)
le nombre quantique orbital(secondaire) l=0,1,...n-1, il definit la sous couche (s,p,d,f,g)
le nombre quantique magnetique m=-1...0....+1
le nombre quatique de spin s=+1/2 ou -1/2

cas dun atome lié (formation bade d'energie dans le scilicium
lorsque on rapproche un nombre d'atomes de scilicium mles orbitals 3s et 3p se melangent pour former des orbital moleculaires. ces orbitales se couplent deux a deux pour former des etats liant et etat anti liant. pn constate l'apparition des bande d'energe permise(bande de valence et conduction) et interdites.

labande valence: le dernier niveau de cette bande est plein d'electrons.
la bande conduction : le premeir niveau de cette bande est vide.
la bande interdite appeler gap : sépares les deux bandes de valence pour qu'ils passent de la bande de conduction.cecu leur permetrea de participer a la conduction electrique.

dans un metal la bande interdite n'existe pas Eg=0eV,l'application d'un champs eletrique permet aux electrons du metal de se deplacer.
dans un isolant la bande interdite est large,l'energie necaissaire pur deplacer un electron de la bande de valence a la bande de conduction engendre destruction du materieau.
dans un semiconducteur, il faut appliquer une energie aux electrons qui doit etre superieur aou egal au gap pour le rendre conducteur.

4) Notions d'electrns et trou:
l'electrn est defini etant la charge electrique qui tansporte le courant electrique,le trou quand a lui reprsente une charge electrique specifique des materieaux qui ont une structure des bades d'energie comme les semiconducteurs.
on effet si on apporte une energie E>Eg a un semicoduteur,l'electron passe de la bande de valence a la bande de conduction .c deplacement va faire apparaitere une charge positive dans la bande de valence appele trou.
Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs RRGd+X4TfraYei6XTUTrQ18gGbrS+FZbr25mA3+NYBf4PypFNSXciInQR28c+TMjBkzZsyYMWPGjBlvhP8AbvX7ibNsg2sAAAAASUVORK5CYII=

5)le niveau de Fermi:
la probabilite de presence d'un electron sur un niveau d'energie E est donnée par l'expression

Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs C8b255b224eb3311f6b26c63200d973a7bf1af49
où μ {\displaystyle \mu } Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs 9fd47b2a39f7a7856952afec1f1db72c67af6161 représente le potentiel chimique des électrons, T {\displaystyle T} Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs Ec7200acd984a1d3a3d7dc455e262fbe54f7f6e0 est la température, k B {\displaystyle k_{B}} Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs 70f38f7b73e53fd7b5d9ca64bec3a1438cc0eade est la constante de Boltzmann et f ( E ) {\displaystyle f(E)} Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs 3465496148d29e6543003de4cdbac8e9ce6beda7 traduit la probabilité d'occupation du niveau par des électrons. À T=0 K, le potentiel chimique est l'énergie de Fermi , EF, mais à plus haute température, il suit une fonction décroissante de la température.
Cette formule qui nous donne la statistique d'occupation des niveaux d'énergie par les fermions nous permet de mettre en avant différents points concernant le niveau de Fermi et la répartition énergétique des électrons :

  • À T = 0 K, la statistique d'occupation des électrons est en marche d'escalier ; T=0, donc le facteur exponentiel est infini, mais son signe dépend de la différence entre l'énergie et le potentiel chimique, soit l'énergie de Fermi à cette température :

    • si E est inférieur à µ, le facteur dans l'exposant de l'exponentielle tend vers -∞, donc l'exponentielle vers 0, et f(E) vers 1, tous les états sont occupés
    • si E est supérieur à µ, le facteur dans l'exposant de l'exponentielle tend vers +∞, donc l'exponentielle vers +∞, et f(E) vers 0, tous les états sont inoccupés


  • À toutes les autres températures, la répartition des électrons a une symétrie par rapport au niveau de Fermi, en ce sens que la somme des probabilités d'occupation de deux niveaux d'énergies symétriques par rapport au niveau de Fermi est unité. Et la probabilité d'occupation du niveau de Fermi par les électrons est 1/2.

Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs Cg-semic-03_repart_band_2

dans les semiconducteur , le niveau de FERMi se situe dans la bande interdite,ce niveau separe les niveau plein de ceux vies en electros libre.en effet a T=0K,la bande de valence est pleine et a bande conduction est vide.

6)Structure Cristaline des semiconducteurs.
les caracteristiques fondamentales des semiconducteurs aparaisent a l'état solide appele etat cristalin.
dans cette etat cet etat les atomes sont arrangé d'une facon periodique.

ex: le silicium
le silicium est l'un des élement les plus abondant sur terre ous forme de silice.ce materieau est a la base de l'industrie electronique moderne car plus de 85% des dispositif electronique tel que les diodes, les cellules photovoltaiques, les transistor,les circuit intégres son fabrique a base de plaquuette de ce materieau.

les different type de sillicium elabore en microelectronique sont:
-le silicium monocristalin
-le silicium multicristalin
-le silicium polycristalin
-le silicium microcristalin
-le silicium amorphe.

le silicium est un element simple de numero 14,situé dans da la 4eme colonne du tableau de medeliev.dans le cristalles atomes de silicium occupent le noeud d'un resau cubique a face centrées
la maille de ce materieau est constituée de deux cubes a face centréesn décalés l'un de l'autre de 1/4 de la diagonale.

les atomes du silicium sont arrangés de facon perodique dans la structure diamant (zinc blende) avec une distance iteratomique d=2.35A°.
le gap de ce materieau est indiretect il est de l'ordre de 1.12eV a la temperature ambiante.

7)les semiconducteurs intrinséques ou purs
un semiconducteur est dit intrinséque, parfait ou pur lorsque il ne contient ques des atoms propres au materieau(ne contient pas d'atomes etranger ou mpureté).

a T=0k: il n'ya pas d'apport d'energie qui permet aux electrons peripheriques de quitter les etats liés (ils sont dans la bande de valence).le semi conducteur est donc isolant.

a T diff de 0K l'aquisition d'une energie superieur ou egal au gap du semi conducteur par certains electrons permet a ces derniers de se deplacer dans la bande de valence vers la bande de conduction. chaque electron laisse dans la bande de valence un trou,il y a autant de d'electron dans la bande de conduction que de trou dans que de trou dans la bande de valence.

l'ensemble des porteurs de charge participent a la conduction du materieauu;les electrons dans la bande de conduction et les trou dans la bande valence, sous l'effet d'un champ electrique exterieur,les électrons libres de la bande de conduction s deplacen dans le sense inverse du champ electrique . dans la bande de valence les trous ont tendance a se deplacer dans le méme sense que le champ eletrique. les courant resultant du deplacement de ses eux types de porteurs s'ajoutent  pour former le courant de conduction.

7-1)les concentrations des porteurs
a)la concentration des electrons

la concentration des electrons dans la bande de conduction est donée par:
Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs 83ebe472310b0ed735468ca18a58ae1cd2df817d

Nc: densité d'etat dans la bande de conduction
Ec: energie de la bande de conduction
Ef:energie niveau de fermi
k:constante de boltzman
T:temperature en kelvin)

b) la concentration des trous
la concentrations des trou dans la bande de valence est donée par:
Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs Afc00dfdf0c39930642c5db7cb8449f3f5c5e913

avec Nv densité d'etat dans la bande de valence.

c-concentration intrinséque
dans un semiconducteur intrinséque (parfait), a T diff 0K,le nombre d'electron est egal au ombre de trou, le produit de leur concentration est appelée
<<concentration intrinséque ni>>

Chapitre I: Notions de physique des semie conducteurs C2601d33a018022fed073795032dd223dbe18ea9
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