Semi-conducteurs naturels et dopés

I) Semi-conducteurs naturels et dopés

On appelle semi-conducteur un matériau électriquement intermédiaire entre isolant et conducteur. En effet, les valeurs usuelles de la conductivité (σ) des isolants sont comprises entre 1.e-11 et 1.e-19 S/cm et celles des conducteurs entre 6.e7 et 1.e4 S/cm. Il existe pourtant des corps qui ont une résistivité intermédiaire comprise entre 1.e3 et 1.e-6 S/cm, on les appelle des semi-conducteurs. On sait qu'au sein des structures cristallines de la matière, les électrons ont des énergies distinctes qui appartiennent à certains ensembles de valeurs appelées bandes d'énergies. Les bandes de faible énergie correspondent à des électrons participant au maintien de la structure cristalline, ce sont les électrons dits de Valence. Les bandes de hautes énergies correspondent à des électrons quasi "libres" de se détacher de la structure et qui par conséquent peuvent participer à une conduction électrique. On distingue isolants et conducteurs par la différence d'énergie qu'il existe entre ces bandes, appelée le "gap" (le fossé).

Energie (eV)

Bande de Conduction

Bande de Valence

Energie (eV)

Bande de Conduction

Bande de Valence

Gap ~ 7eV

Gap = 0 eV

Bandes d'énergies pour un isolant

1.e-19 < ρ < 1.e-11 S/cm

Bandes d'énergies pour un conducteur

1.e4 < ρ < 6.e7 Ω.cm

Energie (eV)

Bande de Conduction

Bande de Valence

Gap ~ 1eV

Bandes d'énergies pour un semi-conducteur

1.e-6 < ρ < 1.e3 Ω.cm

• Dans les isolants, la bande de conduction est habituellement vide, le fait d'apporter assez d'énergie pour y faire passer des porteurs en masse s'appelle le "claquage" et c'est un phénomène généralement destructif.

• Dans les conducteurs, la conductivité diminue avec la température puisque l'agitation thermique pénalise le mouvement organisé des porteurs libres.

• Dans les semi-conducteurs, le gap assez faible permet à des porteurs de passer dans la bande de conduction simplement grâce à leur énergie d'agitation thermique, ainsi le semi-conducteur "intrinsèque" en tant que mauvais conducteur ou mauvais isolant a lui une conductivité qui augmente avec la température…

Les matériaux semi-conducteurs naturels, dits "intrinsèques", sont : le Silicium (Si) et le Germanium (Ge).

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