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La physique des semi-conducteurs et leurs applications

Fiche de révision · Physique-Chimie · Term

L'essentiel du cours

  1. Chapitre 1 : Des bandes d'énergie pour classer les matériaux

    Un semi-conducteur possède un gap d'énergie intermédiaire (≈ 1 eV) qui permet de contrôler la conduction.

  2. Chapitre 2 : Créer des porteurs de charge majoritaires

    Doper un semi-conducteur, c'est remplacer quelques atomes (1 sur 10^6) pour imposer des électrons ou des trous majoritaires.

  3. Chapitre 3 : La diode : un sens passant, un sens bloqué

    Une diode ne laisse passer le courant que si la tension appliquée dépasse la tension de seuil (≈ 0,6 V pour le silicium).

  4. Chapitre 4 : Des semi-conducteurs dans notre quotidien

    La jonction PN est au cœur de la conversion lumière ↔ électricité (LED, panneaux solaires) et de la logique électronique (transistors).

Teste-toi · 8 questions

  1. 1.Quel est l'ordre de grandeur du gap d'énergie du silicium ?

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    Réponse : 1,1 eV

    Le silicium possède un gap de 1,1 eV, intermédiaire entre conducteurs (gap quasi nul) et isolants (gap > 5 eV).

  2. 2.Dans un semi-conducteur intrinsèque à température ambiante, les porteurs de charge sont :

    1. A.aucun porteur de charge
    2. B.uniquement des électrons libres
    3. C.des électrons et des trous en quantités égales
    4. D.uniquement des trous
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    Réponse C : des électrons et des trous en quantités égales

    L'agitation thermique crée autant d'électrons dans la bande de conduction que de trous dans la bande de valence.

  3. 3.Le dopage de type N d'un semi-conducteur consiste à introduire des atomes :

    1. A.accepteurs d'électrons (colonne 13)
    2. B.donneurs d'électrons (colonne 15)
    3. C.de la colonne 18
    4. D.métalliques comme le cuivre
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    Réponse B : donneurs d'électrons (colonne 15)

    Les atomes de la colonne 15 (P, As) possèdent 5 électrons de valence ; le 5e devient un électron libre, d'où le type N.

  4. 4.Dans une jonction PN polarisée en direct, la zone de déplétion :

    1. A.disparaît totalement sans seuil
    2. B.diminue
    3. C.augmente
    4. D.reste identique
    Voir la réponse

    Réponse B : diminue

    La tension directe réduit le champ interne et la largeur de la zone de déplétion, permettant le passage du courant au-delà du seuil.

  5. 5.Quelle est la tension de seuil typique d'une diode au silicium ?

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    Réponse : 0,6 V

    Pour le silicium, la barrière de potentiel de la jonction PN vaut environ 0,6 à 0,7 V ; c'est la tension minimale pour rendre la diode passante.

  6. 6.Une LED émet de la lumière grâce à :

    1. A.la recombinaison d'un électron et d'un trou
    2. B.la réflexion sur le boîtier
    3. C.la diffusion des atomes dopants
    4. D.l'effet Joule dans la résistance interne
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    Réponse A : la recombinaison d'un électron et d'un trou

    La recombinaison radiative électron-trou libère l'énergie du gap sous forme d'un photon.

  7. 7.Dans une cellule photovoltaïque, le rôle de la jonction PN est de :

    1. A.séparer les charges créées par les photons
    2. B.absorber uniquement les infrarouges
    3. C.augmenter la température
    4. D.bloquer la lumière
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    Réponse A : séparer les charges créées par les photons

    Le champ électrique interne de la zone de déplétion sépare les paires électron-trou photo-créées, produisant un courant.

  8. 8.Un transistor est principalement utilisé comme :

    1. A.générateur de tension
    2. B.résistance variable passive
    3. C.capteur de température
    4. D.interrupteur commandé ou amplificateur
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    Réponse D : interrupteur commandé ou amplificateur

    Le transistor permet de commander un courant fort par un courant faible : il sert d'interrupteur rapide (logique) ou d'amplificateur (analogique).