Physique-Chimie · term

La physique des semi-conducteurs et leurs applications

Ce que tu dois retenir

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.

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.

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).

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

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

A1,1 eV
B0,01 eV
C5 eV
D10 eV
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Réponse : A — 1,1 eV

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

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

Ades électrons et des trous en quantités égales
Buniquement des électrons libres
Cuniquement des trous
Daucun porteur de charge
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Réponse : A — 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. Le dopage de type N d'un semi-conducteur consiste à introduire des atomes :

Adonneurs d'électrons (colonne 15)
Baccepteurs d'électrons (colonne 13)
Cde la colonne 18
Dmétalliques comme le cuivre
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Réponse : A — 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. Dans une jonction PN polarisée en direct, la zone de déplétion :

Adiminue
Baugmente
Creste identique
Ddisparaît totalement sans seuil
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Réponse : A — 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. Quelle est la tension de seuil typique d'une diode au silicium ?

A0,6 V
B0,1 V
C2,5 V
D5 V
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Réponse : A — 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. Une LED émet de la lumière grâce à :

Ala recombinaison d'un électron et d'un trou
Bl'effet Joule dans la résistance interne
Cla diffusion des atomes dopants
Dla réflexion sur le boîtier
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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. Dans une cellule photovoltaïque, le rôle de la jonction PN est de :

Aséparer les charges créées par les photons
Babsorber uniquement les infrarouges
Caugmenter la température
Dbloquer 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. Un transistor est principalement utilisé comme :

Ainterrupteur commandé ou amplificateur
Bgénérateur de tension
Ccapteur de température
Drésistance variable passive
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Réponse : A — 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).

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