semi-conducteurs

Physique

2022

Nous expliquons ce qu'est un semi-conducteur électrique, ses types, ses applications et ses exemples. En outre, des matériaux conducteurs et isolants.

Le semi-conducteur le plus utilisé est le silicium.

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur ?

Les semi-conducteurs sont des matériaux capables d'agir comme conducteurs électriques ou comme isolants électriques, selon les conditions physiques dans lesquelles ils se trouvent. Ces conditions impliquent généralement Température et la Pression, l'incidence du rayonnement ou les intensités de champ électrique ou champ magnétique auquel le matériau est soumis.

Les semi-conducteurs sont constitués de éléments chimiques très variés entre eux, qui viennent en fait d'autres régions que la Table périodique, mais ils partagent certains traits chimiques (généralement ils sont tétravalents), qui leur confèrent leurs propriétés électriques particulières. Actuellement, le semi-conducteur le plus utilisé est le silicium (Si), notamment dans l'industrie électronique et de la l'informatique.

Avec les matériaux isolants, les semi-conducteurs ont été découverts en 1727 par le physicien et naturaliste anglais Stephen Gray (1666-1736), mais les lois qui décrivent leurs comportements et leurs propriétés ont été décrites bien plus tard, en 1821, par le célèbre physicien allemand Georg Simon. (1789-1854).

Applications semi-conducteurs

Les semi-conducteurs sont particulièrement utiles dans l'industrie électronique, car ils permettent de piloter et de moduler le courant électrique selon les patrons nécessaires. Pour cette raison, il est habituel qu'ils soient utilisés pour :

  • Transistors
  • Circuits intégrés
  • Diodes électriques
  • Capteurs optiques
  • Lasers à solide
  • Modulateurs électriques (comme un ampli de guitare électrique)

Types de semi-conducteurs

Les semi-conducteurs peuvent être de deux types différents, en fonction de leur réponse à l'environnement physique dans lequel ils se trouvent :

Semi-conducteurs intrinsèques

Ils sont constitués d'un seul type de atomes, disposés en molécules tétraédrique (c'est-à-dire quatre atomes avec une valence de 4) et leurs atomes reliés par des liaisons covalentes.

Cette configuration chimique empêche mouvement libre de électrons autour de la molécule, sauf élévation de température : alors les électrons participent à la énergie disponible et « saut », laissant un espace libre qui se traduit par une charge positive, qui à son tour attirera de nouveaux électrons. Ce processus est appelé recombinaison, et la quantité de Chauffer requis pour cela dépend de l'élément chimique en question.

Semi-conducteurs extrinsèques

Ces matériaux permettent un processus de dopage, c'est-à-dire qu'ils permettent d'inclure un certain type d'impuretés dans leur configuration atomique. En fonction de ces impuretés, qui peuvent être pentavalentes ou trivalentes, les matériaux semi-conducteurs se divisent en deux :

  • Semi-conducteurs extrinsèques de type N (donneurs). Dans ces types de matériaux, les électrons sont plus nombreux que les trous ou porteurs de charge libre ("espaces" de charge positive). Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée au matériau, les électrons libres se déplacent vers la gauche du matériau et les trous ensuite vers la droite. Lorsque les trous atteignent l'extrême droite, les électrons du circuit externe pénètrent dans le semi-conducteur et la transmission du courant électrique se produit.
  • Semi-conducteurs extrinsèques de type P (accepteurs). Dans ces matériaux, l'impureté ajoutée, au lieu d'augmenter les électrons disponibles, augmente les trous. Ainsi, on parle de matériau accepteur ajouté, car il y a une plus grande demande d'électrons que de disponibilité et chaque « espace » libre où un électron doit aller sert pour faciliter le passage du courant.

Exemples de matériaux semi-conducteurs

Les semi-conducteurs servent de modulateurs de transmission électrique.

Les semi-conducteurs les plus courants et les plus utilisés dans le industrie ils sont:

  • Silicium (Si)
  • Germanium (Ge), souvent en alliages silicium
  • Arséniure de gallium (GaAs)
  • Soufre
  • Oxygène
  • Cadmium
  • Sélénium
  • Indien
  • Autres matières chimiques résultant de la combinaison d'éléments des groupes 12 et 13 du tableau périodique, avec des éléments des groupes 16 et 15 respectivement.

Matériaux conducteurs

Contrairement aux semi-conducteurs, dont les propriétés de conduction électrique varient, les matériaux conducteurs sont toujours prêts à transmettre le électricité, en raison de la configuration électronique de ses atomes. Cette conductivité peut fluctuer et être affectée dans une certaine mesure par l'état physique de l'environnement puisque la conductivité électrique ce n'est pas absolu.

Des exemples de matériaux conducteurs sont la grande majorité des les métaux (fer, mercure, le cuivre, aluminium, etc.) et le L'eau.

Matériaux isolants

Enfin, les matériaux isolants sont ceux qui résistent à la conduction de l'électricité, c'est-à-dire qui empêchent le passage de électrons et ils sont donc utiles pour se protéger de l'électricité, pour l'empêcher de courir librement ou de court-circuiter. Les isolants n'isolent pas non plus à cent pour cent efficacement. Ils ont une limite (tension de claquage) au-dessus de laquelle l'énergie est si intense qu'ils ne peuvent pas maintenir leur condition d'isolant et, par conséquent, transmettent du courant électrique, au moins dans une certaine mesure.

Des exemples de matériaux isolants sont Plastique, céramique, verre, bois et papier.

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