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1 - RAPPEL DES BASES DE LA PHYSIQUE ONDULATOIRE ET STATISTIQUE

2 - NOTIONS DE BANDES ET DE PORTEURS LIBRES DANS LES SOLIDES

3 - PROPRIÉTÉS ÉLECTRONIQUES DES MATÉRIAUX SEMICONDUCTEURS

4 - ÉMISSION ÉLECTRONIQUE

5 - COMPOSANTS DU TYPE DIODE

6 - COMPOSANTS DU TYPE TRANSISTOR

7 - COMPOSANTS POUR L’HYPERFRÉQUENCE

| Réf : E1100 v1

Notions de bandes et de porteurs libres dans les solides
Physique des dispositifs électroniques

Auteur(s) : Michel SAVELLI, Daniel GASQUET, Bernard ORSAL

Date de publication : 10 juin 1996

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Auteur(s)

  • Michel SAVELLI : Agrégé de l’Université, Docteur ès Sciences - Professeur honoraire à l’Université Montpellier II

  • Daniel GASQUET : Docteur ès Sciences - Directeur de Recherche au Centre National de la Recherche Scientifique (Centre d’Électronique de Montpellier)

  • Bernard ORSAL : Docteur ès Sciences - Maître de Conférences à l’Université Montpellier II (Centre d’Électronique de Montpellier)

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INTRODUCTION

Ce chapitre s’adresse aux ingénieurs et scientifiques désireux d’acquérir les notions nécessaires de physique des solides pour avoir une meilleure compréhension des phénomènes physiques régissant les propriétés des composants électroniques.

Pour éviter le double emploi avec les chapitres consacrés à l’optoélectronique, les propriétés optiques ou optoélectroniques des matériaux et composants n’y figurent pas.

La première partie comprend une introduction des notions de mécanique quantique et de mécanique statistique 1 nécessaire à la présentation de la théorie des bandes 2, qui gouverne la notion d’électrons et de trous et les populations de ces deux types de porteurs dans les bandes de valence et de conduction.

Une deuxième partie est relative à la présentation des propriétés électroniques des matériaux semiconducteurs 3, qui permettent de régir celles des composants, et aussi celles relatives à l’émission électronique 4 dont les principes sont utilisés dans les tubes électroniques d’émission de puissance.

La partie suivante est consacrée à la présentation des composants du type diode 5 et du type transistor 6, en insistant surtout sur la nature physique du fonctionnement et les propriétés en basse fréquence, plutôt que sur les spécifications techniques globales présentées par les fabricants.

Enfin, on a rassemblé dans le dernier paragraphe 7 les composants qui intéressent le domaine des hyperfréquences, en insistant sur les propriétés géométriques et physiques qui permettent d’y favoriser les performances recherchées.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e1100


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2. Notions de bandes et de porteurs libres dans les solides

2.1 Systèmes cristallins et liaison cristalline

On distingue deux types de solides :

  • le solide non cristallin ou amorphe dans lequel les atomes ou groupes d’atomes sont arrangés d’une manière très irrégulière, presque aléatoire ;

  • le solide cristallin où l’arrangement des atomes ou groupes d’atomes présente le même ordre régulier sur la totalité du volume du solide (solide monocristallin) ou à l’échelon de domaines, appelés cristallites (solide polycristallin).

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2.1.1 Systèmes cristallins et indices de Miller

L’arrangement régulier des cristaux monocristallins permet de définir les trois vecteurs élémentaires , régissant la périodicité, et le vecteur assurant une translation d’un nombre entier de fois les vecteurs , c’est-à-dire :

Le parallélépipède construit avec les trois vecteurs élémentaires forme la cellule unité d’un réseau appartenant à l’un des sept systèmes cristallins et ayant des points soit aux sommets (Simple S), soit au centre (Centré C), soit au centre des faces (Face Centrée FC), soit au centre de deux faces opposées (Base Centrée BC).

L’orientation d’un plan cristallin coupant le repère de base en n1 a, n2 b, n3 c est généralement spécifiée par des indices de Miller, définis comme la plus petite série d’entiers n /n1 , n...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KITTEL (C.) -   Introduction à la physique de l’état solide.  -  Dunod, (1958).

  • (2) - VAPAILLE (A.) -   Physique des dispositifs à semi-conducteur.  -  Tome 1. Masson, (1970).

  • (3) - MATHIEU (H.) -   Physique des semiconducteurs et des composants électroniques.  -  Masson, (1987).

  • (4) - WOLF (F.) -   Silicon semiconductor data.  -  Pergamon press, (1976).

  • (5) -   Semiconductors groups IV and III-V compounds.  -  Data in Science and technology, Springer Verlag, (1991).

  • (6) -   Properties of Aluminium Gallium Arsenide.  -  INSPEC, EMIS datareviews series no 7, (1991).

  • (7) -   Properties...

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