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La figure suivante représente l'évolution de la mobilité des électrons et des trous en fonction de la température pour du silicium dopé avec 1016 atomes d' 

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Semi-conducteur non dopé ou dopé Matériaux ayant la plus faible résistivité à température ambiante Densités d'électrons et de trous en fonction de n

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de Marseille) du polycopier de cours de physique des semi-conducteurs de l' Ecole température provoque une légère augmentation de la résistivité, pouvant fonction des éléments qui les constituent et de la position de ces éléments dans 

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conductivité d'un semiconducteur intrins`eque augmente avec la température 100K 50K 33K 25K Fig 1 – densité de porteurs en fonction de la température

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La conductivité électrique (ainsi que son inverse, la résistivité) Contrairement au cas des isolants, la bande interdite des semi-conducteurs est (nombre d' électrons par unité de volume) en fonction de température dans la gamme de

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Mesurer la conductivité électrique du germanium non dopé en fonction de la température • Déterminer l'énergie de gap du germa- nium entre la bande de 

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de température ou la présence d'impuretés peuvent les rendre conducteurs Au sein d'un métal, la conductivité est une fonction décroissante de la tempéra- ture : le nombre de porteurs de charge résistance du matériau 2 Bandes d'énergie et porteurs libres dans un semi-conducteur Dans un atome isolé, les énergies 

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les propriétés de conduction du matériau semi - conducteur le plus usuel en de la résistivité par la méthode des quatre pointes avec la possibilité d'étudier l' L' étude suivante a été menée en fonction de la température (entre 25 et 125 °C)

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PSI* CHAMPOLLION 1 AD Semi-Conducteurs

LA CONDUCTIVITE DANS LES CONDUCTEURS ET SEMI CONDUCTEURS Doc 1 : Etude expérimentale de la conductivité des solides avec la température :

Une étude expérimentale permet de distinguer les différences entre deux types de solides : les corps

conducteurs et les corps semi-conducteurs. H La manipulation a donné les résultats suivants : l d R à

20°C

Cuivre

(conducteur)

50 m 0.2 mm ȍ 1,73.10-8 ȍ 1,97.10-8 ȍ

Germanium

(semi conducteur)

2 cm 3 mm ȍ ȍ ȍ

(Fig 1 et 2) :

à 80 °C) avec t, alors

que pour un semi-conducteur, elle décroît fortement quand la température augmente. Une modélisation

de la courbe pour le semi conducteur doȡ (Fig 3).

Fig 1 rĠsistiǀitĠ d'un conducteur

métallique (Cu) en fonction de la température Fig 2 rĠsistiǀitĠ d'un semi conducteur (Ge) en fonction de la température 8

PSI* CHAMPOLLION 2 AD Semi-Conducteurs

Les corps conducteurs sont les métaux et leurs alliages.

Métaux purs :

Leur résistivité est très faible (10-8 à 10-6 ȍcroît en fonction de la température.

Alliages :

Leur résistivité est nettement plus forte que celles des métaux qui les constituent et augmente en

fonction de la température, mais moins que celle des métaux.

Semi conducteurs :

Ce sont des corps comme le germanium, le silicium (éléments du groupe IV de la classification

exemple). Leur résistivité est comprise entre 10-5 et 105 ȍ température augmente.

Fig 3 modğle linĠaire lnʌ = c+b/T pour

un semi conducteur

PSI* CHAMPOLLION 3 AD Semi-Conducteurs

Doc 2 : Structure de bande des solides :

des liaisons

de covalence ou des liaisons métalliques. Ces deux types de liaisons correspondent aux deux

catégories principales de solides : les isolants et les conducteurs.

Dans un isolant, tous les électrons des couches atomiques externes sont liés. Dans un métal, certains

ctrique. anglais).

inférieure à une certaine valeur İf appelée énergie de Fermi sont occupés. La distinction entre isolant et

position du niveau de Fermi dans le digramme énergétique des bandes (cf. Fig 4).

Ge Si GaAs Diamant Silice

İg (eV) 0,67 1,14 1,43 5,4 10

Dans un métal,

est spectaculaire pour un semi conducteur

conductrices ne sont observées que pour des matériaux dont la largeur de bande interdite est faible

(autour de 1 eV). Pour de plus grandes largeurs de bande interdite (plusieurs eV) le matériau reste

isolant à température ambiante. Fig 4 position du niveau de Fermi à T = 0 K dans le diagramme de bandes ou isolant

PSI* CHAMPOLLION 4 AD Semi-Conducteurs

Doc 3 : les porteurs de charge électrique et leur déplacement qe = -e = -1,6.10-19C

Dans les semi trous »,

charge positive : qtrou = +e = 1,6.10-19C uction par unité de volume) et p la densité de trous. champ électrique, les porteurs de charge sont animés de mouvements désordonnés

successifs, le mouvement est rectiligne, à vitesse constante. Le déplacement moyen des porteurs est

nul. Dans un champ électrique, les porteurs sont soumis à une force ܨ

La vitesse moyenne de déplacement des porteurs est proportionnelle au champ électrique : ݒ,,,&= µܧ

où µ est la mobilité des porteurs de charge : µp > 0 pour un trou, µn < 0 pour un électron et µp < -µn.

Dans le cuivre : - µn = 3,2.10-3 m2.V-1.s-1

Dans le germanium : - µn= 0,39 m2.V-1.s-1 et µp = 0,19 m2.V-1.s-1 6 Fig 5

PSI* CHAMPOLLION 5 AD Semi-Conducteurs

Le courant électrique résultant est la somme des courants des deux types de porteurs de charge :

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