Les matériaux semiconducteurs.

Objectifs

Généralités

Cristal

Réseau cristallin

Semiconducteurs

Conclusions


Les matériaux semiconducteurs : 1.4 Le réseau cristallin.

1.4.1 Réseau - Maille élémentaire.

boule Une structure cristalline est caractérisée par :

boule  Le réseau peut être généré par translation T à partir d'une maille (cell) décrite par 3 vecteurs  a, b, c,  construits sur 3 arêtes. Les points repérés par les 2 vecteurs r et r' ont les mêmes propriétés si :

r' = r + T = r = n1a + n2b + n3c

boule  L'ensemble des points  définis pour tous les triplets d'entiers n1, n2, n3 constitue le réseau primitif ou réseau de BRAVAIS loupeUniversité de Jussieu w3.
boule  Une maille est donc définie par  6 paramètres :
  • les longueurs a, b, c, des trois vecteurs;
  • les angles alpha, beta, gamma qu'ils font entre-eux.

fig8

boule  La maille, dont le volume (a x vect b . c ) est le plus petit , est la maille élémentaire (unit cell)

boule Selon (a neq b neq c et  alpha neq  beta neq  gamma ) jusqu'à (a = b = c et alpha = beta = gamma  = 90°), on obtient 7 types de mailles qui définissent 7 systèmes cristallins.

1.4.2 Le système cubique.

boule La maille du système cubique se caractérise par  : a = b = c et alpha = beta = gamma  = 90°. Le réseau est alors entièrement défini par une seule grandeur  a : constante du réseau.

boule La majorité des matériaux utilisés en électronique cristallisent dans ce système.

boule Selon la disposition des noeuds on distingue :

a) le réseau cubique simple CS (simple cubic).

Il y a un atome à chaque sommet du cube.

fig9


b) le réseau cubique centré CC ( body-centered cubic lattice).

Il y a un atome à chaque sommet et un au centre du cube.

fig10

c) le réseau cubique face centrée CFC.(face-centered cubic lattice)

Il y a un atome à chaque sommet et un au centre de chaque face.

fig11

d) la structure Diamant.(Diamond crystal structure)

Constituée de 2 réseaux cubiques faces centrées, imbriqués, décalés l'un de l'autre du quart de la diagonale principale. 4 atomes du second CFC sont situés sur le premier CFC élémentaire. Chaque atome a une coordination tétraédrique et établit des liaisons de valence avec ses quatre voisins les plus proches.

fig12

fig13

e) le réseau Zinc-Blende.(Zinc blende crystal structure)

boule Arséniure de gallium : 2 réseaux CFC, l'un de gallium,l'autre d'arsenic.

boule Chaque atome de gallium (trivalent) a comme plus proches voisins 4 atomes d'arsenic (pentavalent) et réciproquement.

boule Cristal est un réseau d'ions Ga- et As+ qui ont tous 4 électrons périphériques.

fig14

fig15fig15a

loupeNaval Research laboratory (Washington DC) w3

boule Représentation en 3D de la maille élémentaire du GaAs réalisée au "NCCE de l'Université de l'Illinois w3"

Représentation 3D des mailles élementaires de différents semiconducteurs et de leurs propriétés : http://jas.eng.buffalo.edu/education/solid/unitCell/home.html

 Loi de Schnauser : Tout fil coupé à la bonne longueur est trop court.


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Les matériaux semiconducteurs.

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