[PDF] [PDF] PHYSIQUE DES SEMICONDUCTEURS - Emmanuel ROSENCHER

[PDF] PHYSIQUE DES SEMI-CONDUCTEURS

de Marseille) du polycopier de cours de physique des semi-conducteurs de l' Ecole Nationale Supérieure d'Electronique et de Radio Electricité de Grenoble 

[PDF] Cours de Physique des Semi-conducteurs

flux de trous ▫ Quelle est la particularité du dopage pour ces deux figures ? Page 38 Alain CHOVET Pascal MASSON Physique des semi-conducteurs ❑  

[PDF] PHYSIQUE DES SEMI-CONDUCTEURS II Applications - ULB

Ce cours a pour but d'enseigner les éléments de base de la physique des interactions lumière-matière dans les semi-conducteurs et de présenter

[PDF] Physique des Solides, des Semiconducteurs et Dispositifs

et vient à la suite d l'enseignement de Mécanique Quantique L'objectif d ce cours es d'aborder la phy ique du emiconduct ur et d di positif électroniques afin de 

[PDF] PHYSIQUE DES SEMICONDUCTEURS - Emmanuel ROSENCHER

PHYSIQUE DES SEMICONDUCTEURS: RAPPELS ET FONDAMENTAUX Emmanuel Rosencher A: Éléments d'histoire des semiconducteurs - des questions 

[PDF] Éléments de physique des semi-conducteurs

Intermédiaires entre isolants et conducteurs, les semi-conducteurs ont des propriétés mises à profit dans les composants électroniques Quelques 

[PDF] THEORIE GENERALE SIMPLIFIEE DES SEMI-CONDUCTEURS

Les semi-conducteurs (germanium et surtout silicium dont les propriétés sont l' on rapproche les deux barreaux de manière à réaliser leur contact physique au

[PDF] Les semi-conducteurs - Jonction PN

pour prévoir et analyser le comportements des diodes et des transistors (se reporter au cours sur les semi- conducteurs pour avoir une explication physique et

[PDF] Cours de physique des composants à semi-conducteurs

Cours de physique des composants à semi-conducteurs TD n◦1 2) Sachant que le matériau est un semi-conducteur intrinsèque, calculer n, p et trouver une

[PDF] diagonale d'un carré de 3m

[PDF] diagonale d'un cube

[PDF] calculer diagonale d'un rectangle

[PDF] racine carrée de 2

[PDF] quadrilatère inscriptible demonstration

[PDF] quadrilatère circonscriptible

[PDF] quadrilatère inscrit dans un cercle exercice

[PDF] quadrilatère non croisé

[PDF] quadrilatère quelconque définition

[PDF] quadrilatère inscriptible dans un cercle

[PDF] c'est quoi un quadrilatère

[PDF] salve ultrasonore

[PDF] distance focale lentille

[PDF] grossissement microscope optique lycée

[PDF] calcul fractionnaire calculatrice

1/45PHYSIQUE DES SEMICONDUCTEURS:

RAPPELS ET FONDAMENTAUXEmmanuel Rosencher

A: Éléments d'histoire des

semiconducteurs -des questions des pionniers... -...aux chefs d'oeuvre des bâtisseurs

B: Symétries et périodicité

-Réseau réciproque -États de Bloch -Zone de Brillouin

C: Structure de Bandes

-Modèle de l'électron quasi-libre -Modèle chimique LCOA -Gaps (directs et indirects) -Densitéd'étatsD: Quelques éléments de réponse -métal, isolant, semiconducteur -semiconducteursIV-IV, III-V et II-VI 2/45

W. Smith

1873 (Nature)Découverte de l'effet photovoltaïque et photoconducteur

Edmond Becquerel

X1836

1839 (CRAS)

a-Se 3/45

Ferdinand Braun

Prix Nobel 1909Découverte du point contact rectifier (poste à galène)

Premier radar

CuCuO

2Rad labMIT

1939 -1945

4/45

Michael Faraday

1883Quelques problèmes insolubles vers 1900...Cu, Au, Fe, ...Ag

2S

Résistivit

éTemperature

Negativetemperaturecoefficient

Paul Drude

1896

"Les électrons semblent ne pas être diffusés par les atomes du cristal »»100000»10Libre parcours moyen (nm)*0.210Distance,entre atome (nm)SC BTGaz

5/45Diffraction des rayons X vers 1910

Max vonLaue (1914)Sir W. H. Bragg, Sir

W. L. Bragg (1915)

X rays

Ecran SiC

6/45Louis de Broglie découvre que

les électrons se comportent comme des ondes 1925l
l 2

21m2hEl=

Relation entre la longueur d'onde et l'énergie

d'un électron Énergie des électrons 7/45

Aux Bell Labs, Davisson confirme

la nature ondulatoire des électrons.... 8/45 Bande d'énergies interdites6 eV

0.5 nm1930

Wigner, Seitz, Bloch décrivent la structure de bandes des solides

Em2h=l)(.

eVEnm21=l4 eV

0.6 nménergie0.5 nm

9/45ZONE DE CHARGES D'ESPACE (Mott, Schottky, Pohl)STATISTIQUE DANS LES SEMICONDUCTEURS (Fermi)TROU (Wilson, Seitz)

1930-1938A cet instant, la micro-électroniquedevient un miracle annoncé...

µm1»

10/45LE COMMUTATEUR TELEPHONIQUE EN 1937

L'ORDINATEUR AVANT LE TRANSISTOR:

ENIAC

11/45Il faut dire que les composants sont imposants...

LA TRIODE DE

LEE De FOREST

LE CROSSBAR

12/45UNE PROPOSITION ASTUCIEUSE...

MAIS IL MANQUE LA PHYSIQUE QUANTIQUE

13/45MelvinKelly, directeur des Bell Labs, a foi dans la nouvelle physique quantique

Il embauche les premiers spécialistes américains de physique quantique dont:

John Bardeen

William Shockley

14/45

Décembre 1947

Bardeen, Shockley, BrattainThefamouslabbook entree

15/45Décembre 1947

Le premier transistor

1958
(Jack Kilby) Le premier circuit intégré 2005
(Intel)

Circuit à1 000 000 000 de transistors

16/45L'EXPLOSION DE LA MICROELECTRONIQUE

17/45PHYSIQUE DES SEMICONDUCTEURS:

RAPPELS ET FONDAMENTAUX

A: Éléments d'histoire des

semiconducteurs -des questions des pionniers... -...aux chefs d'oeuvre des bâtisseurs

B: Symétries et périodicité

-Réseau réciproque -États de Bloch -Zone de Brillouin

C: Structure de Bandes

-Modèle de l'électron quasi-libre -Modèle chimique LCOA -Gaps (directs et indirects) -Densitéd'étatsD: Quelques éléments de réponse -métal, isolant, semiconducteur -semiconducteursIV-IV, III-V et II-VI 18/45

GaAsCristal et périodicité

Réseau direct332211ianananRrrrr++=()()å

-=ii RrUrVrrrL'interaction cristal-électronest périodiqueCellule élémentaire

19/45Réseau réciproque

Réseau réciproque***332211ianananGrrrr++=avec ijji2aadp=*rr()()rGi

RRGeGVrVrr

rrrå

Î~Analyse en série de Fourierax

Réseau directxk0a2

ap-=-*a2 ap=*

Réseau réciproque32132

aaaaa1

2arrrrrr

.*p

20/45Onde électronique librel

lE xkm2k22

Eh=()()rErHrrY=Yˆ

()()rEr2 m22 rrhY=YÑ-Hamiltoniendécrivant l'électron libre dans le vide ()rkikerrrrµY ()m2k22 kEh=États et énergies propres

21/45Conditions de Bragg

Rr rkierrRkierr rkierr'

Rkierr'Terme de retard de phase entre les ondes diffractées()Rkkierrr.'-Contribution de toutes les ondes diffractées

par un milieu périodique ()()RkkiRDRekkffrrr rrr.'',-Îå

»Contribution non nulles pour:

Gkkrrr+='

RRGÎr

Bragg+ vonLaüeRRkrkkrr-='2G

krr=

Réflexion totale

Les points G/2 vont être interditsMiroirs de Bragg

22/45Zone de Brillouin

GX L

Léon Brillouin

xky k

23/45Théorème de BLOCH-FLOQUET

Les états propres d'un Hamiltonien()rUH2

m22+Ñ-=hˆ peut se mettre sous la forme du produit d'une onde électronique libre et d'une fonction présentant la périodicitédu cristal: ()()rkikkerurrrr rr=Y ()()ruRrukkrrr=+avecoùle potentiel U (r) est périodique ()()rURrUrrr=+pour tout Rdu réseau direct

FelixBloch

1925

24/45Démonstration (courte!) (1)()()()()Y=+Y=+Y+=YRRTHRrrHRrRrHHTrrrrrrrrr

()()''RRrfrfTTRRrrrrrr++=1TR=Y=Yr

1TTTTRRRR==-rrrr*

()()RrfrfTRrrrr+=On considère l'opérateur translation: Quelques propriétés de l'opérateur: '''RRRRRRTTTTTrrrrrr+==

RRTHHTrr=Théorème de Floquet: si l'opérateur TRcommute avec l'Hamiltoniendu cristalRDRÎr

25/45Démonstration (courte!) (2)

()1Rc=rIl existe donc une base d'états propres communs àHet TRyyEH= ()yyRcTRrr= ()RkieRcrrr= ()()RDRerRrRkiÎ"Y=+Yrrrrrr ()()'Rrurukkrrrrr+=

26/45PHYSIQUE DES SEMICONDUCTEURS:

RAPPELS ET FONDAMENTAUX

A: Éléments d'histoire des

semiconducteurs -des questions des pionniers... -...aux chefs d'oeuvre des bâtisseurs

B: Symétries et périodicité

-Réseau réciproque -États de Bloch -Zone de Brillouin

C: Structure de Bandes

-Modèle de l'électron quasi-libre -Modèle chimique LCOA -Gaps (directs et indirects) -Densitéd'étatsD: Quelques éléments de réponse -métal, isolant, semiconducteur -semiconducteursIV-IV, III-V et II-VI

27/45Théorie des bandes d'énergies

Bandes d'énergie

Liaisons

chimiques

Diffraction

d'ondes

électroniques

Fonction de Green

du propagateurPseudo-

Momentum

28/45Electronsquasi-libresla()xV

=ÎRRGxGiGeVxVLe potentiel cristallin périodique se développe en série de Fourier ()()()xExeVxkkGxGiGkdxd

ççèae

å+Y-h

Les parties périodiques des fonctions de Bloch se développent aussi en série de Fourier: ()()rkikkerurrrr rr=Y()()()å =YÎ+

RRGxkGiGkekCx'''

()()()()xExxgUxkkkdxd m222

2Y=Y+Y-coshSimplification

PC

29/45 Bande d'énergieinterditePourquoi une bande d'énergie interdite ?

()22Grr/± Y ~-2-101201234

E(k)k1U.=

()2Gk//=Réseau réciproquexk 0a2

Gp-=a2

Gp=

30/45Théorie des bandes d'énergies: modèle des liaisons fortes (1)()amxVHm2pm2

()()amxxmnnmn-Y=Y=, ,mnEmnHnm,,=nE xm1m+1m- mn, On va chercher des solutions combinaison linéaire d'orbitales atomiques (CLOA)mn,

31/45Rappel: Liaison chimique (1)()()()a1mxVamxVHm2p2

+-+-+=Hamiltoniende deux atomes voisins: {}1mnmn+,,,Approximation des liaisons fortes: 1-Les niveaux En sont indépendants

2-La base est complète

L'espace de Hilbert décrivant les deux atomes voisins est de dimension 2: ()()nnEmna1mxVmnEmnHmn»+-+=,,,,Termes diagonaux ()nnA1mnamxVmn1mnmnE1mnHmn-»+-++=+,,,,,,Termes non diagonauxm1m+ nEmn,1mn+, 1nE-

TunneldEn»0

32/45Rappel: Liaison chimique (2)úûù

--=nnnn

EAAEHnnnAEE+=+

nnnAEE-=-()1mnmnn21 ()1mnmnn21 +-=-,,nE

1nE-2A

n liantAnti-liant

Linus Pauling

33/45Théorie des bandes d'énergies: modèle des liaisons fortes (2)

......nnnnnnnn n

A00AEA00AEA00A

HConsidérant tout le cristal et ne prenant que les plus proches voisins:mn1mnnmnn1mnncEcAcEcA,,,,=-+-+-Suite de Fibonacci()amkimimmneec===al

,carynde carrésommableå= mmnnmnc,~,y nnnEHyy~~=Les états propres sont des CLOA ()()akA2EkEnncos-=ú

1mnmn1mn

c cc

34/45knE

1nE- apquotesdbs_dbs4.pdfusesText_7