SEMI-CONDUCTEURS

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Propriétés physiques

Conductivité électrique

Les propriétés électriques des solides sont bien comprises grâce à la propriété fondamentale suivante : les électrons d'une bande d'énergie pleine ne peuvent pas être animés d'un déplacement collectif, donc ne peuvent pas engendrer un courant électrique. Cette propriété est une conséquence directe de la mécanique quantique et du principe de Pauli. Une comparaison simple permet de comprendre l'origine de cette propriété. Considérons un garage à voitures : les places de parking sont quantifiées, et l'on ne peut mettre plus d'une voiture par place (principe de Pauli). Lorsque toutes les places sont occupées, l'ensemble est figé, et les voitures ne peuvent pas se déplacer. S'il n'y a que quelques voitures, elles se déplacent facilement ; s'il y a quelques places vides (trous), on peut également faire bouger l'ensemble ; il est plus simple dans ce cas de décrire la situation en considérant le déplacement du trou. Dans les solides, les trous correspondent à l'absence d'un électron de valence, donc à une charge positive locale. Les cristaux covalents et ioniques purs sont donc isolants à basse température ; en revanche, les semi-conducteurs dopés ou chauffés et les métaux sont conducteurs de l'électricité. Dans les semi-conducteurs, le courant électrique correspond à un écoulement des électrons négatifs de la bande de conduction ou des trous positifs de la bande de valence. Ce courant est mesuré par le débit de particules multiplié par leur charge électrique. Le débit par unité de surface d'un flux de particules est simplement donné par la densité n de ces particules multipliée par leur vitesse d'écoulement v, la densité de courant électrique étant alors donnée par la formule suivante :

e est la valeur absolue de la charge électronique (e = 1,6 × 10—19 C), où vn et vp sont, respectivement, les vitesses d'écoulement des électrons et des trous. Les vitesses vn et vp sont communiquées par l'application d'un champ électrique E. Tant que ce champ électrique est faible, le solide suit la loi d'Ohm, c'est-à-dire que le courant est pr [...]

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  • : ancien directeur du laboratoire de physique de l'École normale supérieure

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Pour citer l’article

Julien BOK, « SEMI-CONDUCTEURS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 17 avril 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/semiconducteurs/