Les matériaux semiconducteurs.

Objectifs

Généralités

Cristal

Réseau cristallin

Semiconducteurs

Conclusions


Les matériaux semiconducteurs : 1.3 Le cristal.

La répartition des atomes dans l'espace conduit à considérer 2 états :

l'état désordonné ou amorphe : les atomes ou molécules sont disposés de manière désordonnée à l'échelle macroscopique.

boule rouge La distance entre deux atomes (molécules) proches , quelques dizaines d'Angströms, varie peu à travers le solide : ordre à courte portée.

boule rouge La distribution des proche voisins autour d'un atome est appelée configuration de coordination.

boule rouge Le nombre des proches voisins autour d'un atome central est appelé nombre de coordination.

boule rouge L'ordre à courte portée conserve la configuration de coordination et le nombre de coordination de tous les atomes ou molécules équivalents.

l'état ordonnée ou cristallin : les atomes (molécules) sont rangé(e)s régulièrement dans tout l'espace. Il existe un ordre à longue portée.

boule rouge Si le solide présente un seul arrangement, on a un monocristal.

boule rouge Souvent les solides réels (polycristaux) comprennent de nombreux monocristaux de tailles et d'orientations diverses séparés par des joints de grain.

1.3.1 Les cristaux ioniques.

boule rouge Dans un cristal ionique :

  1. chaque ion positif est entouré par des ions négatifs.
  2. chaque ion négatif est entouré par des ions positifs.

formant un réseau d'atomes liés les uns aux autres par des forces électrostatiques.

boule rouge  L'amplitude de la force électrostatique dépend  de  la valeur de la charge ionique et des distances inter atomiques.

Cristal ionique : NaCl
cristal NaCl

boule rouge Pas d'électrons libres donc les cristaux ioniques sont des ISOLANTS.

1.3.2 Les cristaux covalents.

boule rougeChaque atome est lié à quatre voisins par quatre liaisons de valence.

boule rouge Il n'y a pas  d'atome isolé, un cristal covalent peut être considéré comme une molécule géante.

boule rouge Des ruptures dans un tel cristal (surface, défauts ...) créent des ruptures de liaison.

Cristal covalent (représentation plane)
fig007

boule rouge Théoriquement, pas d'électrons libres, donc les cristaux covalents sont des ISOLANTS. Généralement, les semiconducteurs sont des cristaux covalents.

1.3.3 Les cristaux métalliques.

boule rouge Formés  par les liaisons métalliques entre les ions positifs et les électrons libres.

boule rouge Présence d'électrons libres (délocalisés); ces corps sont des CONDUCTEURS.

boule rouge Pas de formation de liaisons spécifiques , les atomes peuvent changer de positions les uns par rapport aux autres  sous l'effet d'une force suffisamment importante (grande malléabilité).

boule rouge Ce sont les métaux nobles (Ag, Au, Cu, ...) et les métaux alcalins (Na, K, ...).

1.3.4 Les cristaux intermédiaires.

Classifications des cristaux

Structure

Métallique

Covalente

Ionique

Liaison

métallique

homopolaire

hétéropolaire

isotrope

directionnelle

isotrope

Saturation des liaisons

délocalisée

inter atomique

locale

Coordination

6 ou plus

4

6 ou plus

Densité

élevée

basse

élevée

Mécanique

ductile

dur

cassant

Température fusion

basse

élevée

basse

Énergie de cohésion

petite

grande

petite

Conduction électrique

conducteur

semiconducteur

isolant

boule rouge La plupart des cristaux réels possèdent des caractéristiques intermédiaires entre les cas théoriques précédents.

araignéeLEM7 : Une courbe sinusoïdale ne s'étend pas jusqu'à l'infini, seulement jusqu'au bord du tableau.


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Dernière mise à jour : 30 octobre, 2003 Auteur : Bernard BOITTIAUX