[PDF] Structure cristalline Résumé de cours M1

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Prof. Abdelhamid BENHAYA

GLUHŃPHXU GX IMNRUMPRLUH G·(OHŃPURQLTXH $YMQŃpH

Responsable Salle Blanche

GpSMUPHPHQP G·(OHŃPURQLTXH

Faculté de Technologie

Université Batna 2

GRPMLQHV G·LQPpUrP

Technologie des semi-conducteurs

(Matériaux et dispositifs photovoltaïques) e-mail:a.benhaya@univ-batna2.dz benhaya_abdelhamid@yahoo.fr

Tel: +213 (0)7 73 87 37 84

Résumé de cours M1 Microélectronique

Module : Physique des composants semi-conducteurs 1

BIBLIOGRAPHIE

Langue Anglaise

Wiley-Interscience,1996.

Langue Française

Lien:https://youtu.be/a69UxSTBI1Q

PLANDEL·EXPOSÉ

Propriétés des matériaux et

structure cristalline

GX GpVRUGUH ŃRPSOHP j O·RUGUH

parfait

Structure cristalline

Maille élémentaire

Maille élémentaire de Wigner-Seitz

Opérations de symétrie

Systèmes et réseaux cristallins

Repérage des directions et des plans

GHQVLPp GHV Q±XGV

Sites dans les réseaux cristallins

Taux de compacité

$VVHPNOMJH $%$%" HP $%F$%F"

Réseau réciproque

1±XGV GX UpVHMX ŃULVPMOOLQ HP Q±XGV GX UpVHMX UpŃLSURTXH

Diffraction cristalline

Rayonnements utilisés

RX

Electrons

Neutrons

Loi de Bragg

Méthode de Laue

Méthode du cristal tournant

Méthode des poudres ou de Debye-

Scherrer

Facteur de Structure

STRUCTURECRISTALLINE

cristalline.

F·HVP TXRL OM VPUXŃPXUH ŃULVPMOOLQH"

lespositionsdetouslesatomes.

QUELQUESSTRUCTURESCRISTALLINES

Glace NaCl

Diamant

(tous les atomes sont du carbone)

GX GpVRUGUH ŃRPSOHP j O·RUGUH SMUIMLP

Désordrecompletougaz

Ordreparfaitousolidescristallins

distance.

STRUCTURECRISTALLINE

STRUCTURECRISTALLINE

identiques:atomesoumolécules appeléebaseoumotif.

STRUCTURECRISTALLINE

STRUCTURECRISTALLINE

Structurecristalline

Ilendécouledecequenousvenonsdevoirla

relationlogiquesuivante:

Structure cristalline = Réseau +Base

STRUCTURECRISTALLINE

Vecteurs de translation

O·pTXMPLRQ:

vecteursdetranslationfondamentaux. cbaMOnnnF&&&

321 cetbaF&&,

STRUCTURECRISTALLINE

Mailleélémentaire

DansO·HVSMŃHàtrois

dimensions,lamaille primitiveoumaille

élémentaireestschématisée

parunparallélépipède

Larépétitiondece

parallélépipèdedansles troisdirectionsconduitàla formationducristal

STRUCTURECRISTALLINE

La maille crystalline est le Plus

petit volume conservant toutes les propriétés géométriques, physiques et chimiques du cristal.

STRUCTURECRISTALLINE

Exemple du Fer ɲ(Cubique centré)

l'empilement de 27 cubes

élémentairesDonne

Maille

élémentaireCristal

Maille élémentaire de Wigner-Seitz

Lepluspetitvolume(àtrois

dimensions)oulapluspetitesurface (àdeuxdimensions)obtenuen joignantunQ±XGdonnéàtousses voisinspardessegmentseten traçantlesplansmédiateursdansun espaceàtroisouàdeuxdimensions estappelélamailleélémentairede

Wigner-Seitz.

toutesurface(àdeuxdimensions) peutêtrerempliparcesmailles.

STRUCTURECRISTALLINE

Résumé des principales définitions

oudegroupementsG·MPRPHV. unQ±XGduréseau.

STRUCTURECRISTALLINE

STRUCTURECRISTALLINE

Exemples

Nous choisissons la maille où nous trouvons plus de symétrie

Maille simple

Lesvecteursseront

fondamentauxsilestranslation permettentdedécriretouslesQ±XGV duréseaucristallin,alorsle parallélépipèdecorrespondant constituelamaillesimpleou primitive.

Maillemultiple

Unemaillemultipleseraconstituéeà

partirdevecteursnon fondamentauxsileparallélépipède contientnpointséquivalents(n>1);le motifseradoncconstituéparn

STRUCTURECRISTALLINE

cetbaF&&,'','cetbaF&&

Mailles primitive

Maille multipleMaille de

Wigner-Seitz

Maille élémentaire du

réseau cubique centré

Maille élémentaire du réseau

cubique faces centrées

STRUCTURECRISTALLINE

Comme la maille élémentaire ne mis pas à profit la symétrie du cristal, on utilise la maille multiple (cc, cfc"

Opérations de symétrie

Cesopérationssontles:

yTranslation; yRotation;

Remarque

STRUCTURECRISTALLINE

STRUCTURECRISTALLINE

Symétrie dans

les cristaux

Systèmesetréseauxcristallins

|Triclinique; |Monoclinique; |Orthorhombique; |Rhomboédrique; |Hexagonal; |Quadratique; |Cubique.

STRUCTURECRISTALLINE

STRUCTURECRISTALLINE

Les 7 systèmes cristallins

STRUCTURECRISTALLINE

Les 14 Réseaux de Bravais

Repérage des directions et des plans

|Remarque:

STRUCTURECRISTALLINE

Repérage des directions et des plans

Indices de Miller des plans

yOnprendlesinversesdecesintersections;

STRUCTURECRISTALLINE

STRUCTURECRISTALLINE

Repérage des directions et des plans

([HPSOH G·MSSOLŃMPLRQ

STRUCTURECRISTALLINE

Structures hexagonales et indices de Miller-Bravais

STRUCTURECRISTALLINE

GHQVLPp GHV Q±XGV

volume.

STRUCTURECRISTALLINE

Sites dans les réseaux cristallins

Danslesréseauxcristallins,lessitesou

entrelesatomesduréseau.

Exemple:Casducubiquesimple.

Danscecas,onaunseulsitecubique(aucentre

mailleélémentaire.

STRUCTURECRISTALLINE

Structure cristalline Type de Sites Nombre de sites Par maille Nombre de sites par atome cfc T 8 2 O 4 1 hc T 12 2 O 6 1 cc T 12 6 O 6 3 cs C 1 1

cfc : Cubique à faces centrées hc : Hexagonal compact cc : Cubique centré cs : Cubique simple

T : Sites tétraédriques O : Sites octaédriques C : Sites cubiques

IH P\SH HP OH QRPNUH GH VLPHV TX·RQ SHXP

trouver dans les structures cfc, hc, cc, cs.

STRUCTURECRISTALLINE

Site octaédrique

Site tétraédrique

Taux de compacité

Ilestdoncclair,G·MSUqVce

quiprécède,quelevolumede lamailleélémentaireQ·HVP pastotalementrempli.

Pourquantifiercela,on

introduitlanotiondutauxde compacitédéfinicommeétantle rapportduvolumeoccupépar lesatomesauvolumetotalede lamailleconsidérée.maille occupé V VW

STRUCTURECRISTALLINE

cc=68%cfc=74% hc=74%Dia=34% cs=52% $VVHPNOMJH $%$%"

Ce premier plan est appeléA.

STRUCTURECRISTALLINE

AB $VVHPNOMJH $%F$%F$%F"

Sionplacelessphèresdela

troisièmecouchedansdes intersticesdelacoucheBqui necorrespondentencoreà aucunedescouchesprécédentes, onobtientunempilement, différentdupremier,dutype

ABCABCABC"ayantlemême

tauxdecompacitéque

O·HPSLOHPHQPABABetqui

correspondàlastructurecfc.

STRUCTURECRISTALLINE

Réseau réciproque

Définition

Remarque

2 cba cbAF&& 2 cba acBF&& 2 cba baCF&&

STRUCTURECRISTALLINE

1±XGV GX UpVHMX ŃULVPMOOLQ HP Q±XGV GX UpVHMX UpŃLSURTXH

IHV Q±XGV GX UpVHMX ŃULVPMOOLQ VRQP GRQQpV SMU: où m, n et p sont des entiers. IHV Q±XGV GX UpVHMX UpŃLSURTXH VRQP SMU MQMORJLH GpILQLV GMQV O·HVSMŃH GH Fourrier par: où h, k et l sont des entiers.

Réseaux réciproques des réseaux cubiques

On peut facilement établir que:

|IH UpVHMX UpŃLSURTXH G·XQ réseau c.cest un réseauc.f.c;

|IH UpVHMX UpŃLSURTXH G·XQ réseau c.f.cest un réseau c.c.c p bn a F&&F mmnpClBkAhGF&&&

STRUCTURECRISTALLINE

Diffraction cristalline

atomes. lecristal(Å).

O·pŃOHOOHatomique,

STRUCTURECRISTALLINE

STRUCTURECRISTALLINE

Diffraction Cristalline

Rayonnements utilisés

1. Rayons X

STRUCTURECRISTALLINE

Rayonnements utilisés

1. Rayons X (suite)

LorsquelalongueurG·RQGH

delaradiationincidenteest comparableouinférieureau paramètreduréseau,on peuttrouverunouplusieurs faisceauxdiffractésdansdes directionsdifférentesdecelle dufaisceauincident

STRUCTURECRISTALLINE

2. Neutrons

Les sources de neutrons sont:

|Sources radioactives; |Accélérateurs de particules; |Réacteurs nucléaires.

Schéma de la thermalisation

des neutron

STRUCTURECRISTALLINE

3. Electrons

lesélectronssontproduitspar uncanonG·pOHŃPURQV(systèmede chauffageG·XQfilament).

Lesélectronsinteragissent

beaucoupaveclamatière(ils déposentbeaucoupG·pQHUJLH doncilsperturbentlesystème); ilspénètrentrelativementpeu danslecristal.

Ilssontplusutiliséspourétudier

lescouchesminces,les surfaces,lescristauxtrèsfins etlesgaz.

STRUCTURECRISTALLINE

Loi de Bragg

Tndsin2

STRUCTURECRISTALLINE

Loi de Bragg

Méthode de Laue

Danscettetechnique,on

dirigeunfaisceau polychromatiquedeRX oudeneutronssurun monocristal.

Lecristalnediffracteque

lesondesayantdes longueurspourlesquelles lesplansréticulaires distantsdedetinclinés

G·XQangletelsquelaloi

deBraggsoitsatisfaite.

STRUCTURECRISTALLINE

Méthode du cristal tournant

latechniqueducristal tournantutiliseunfaisceau monochromatique.

Lasatisfactiondelaloide

Braggestassuréeparla

rotationducristalautourG·XQ axevertical(perpendiculaire autrajetdufaisceau)pour amenerdesplansatomiques enpositionderéflexion.

STRUCTURECRISTALLINE

Méthode des poudres ou de Debye-Scherrer

STRUCTURECRISTALLINE

Facteur de Structure

3RXU XQH UpIOH[LRQ O N O O·H[SUHVVLRQ GX IMŃPHXU GH VPUXŃPXUH GHYLHQP:

représentelecomplexeconjuguédeF.

STRUCTURECRISTALLINE).exp(GifFj

j jG F&F

DIFFRACTOGRAMMES

Remarques importantes

delamailleélémentaire. atomesdanslecristal.

Positions

Intensités

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