Propriétés Électriques Flashcards
Les propriétés électriques répondent à quels effets ?
Effet d’un champ électrique ?
Qu’est ce qu’une bande d’énergie ?
La position des dernières bandes dans lesquelles se situent les derniers électrons libres
Differences entre les bandes d’énergie des conducteurs, des semis conducteurs et des isolants ? Quelles sont les conséquences et les valeurs des gap ?
Pour les conducteurs : superposition de la dernière bande remplie d’électron (= bande de Valence) et de la première bande libre (=bande de conduction) = Superposition énergétique qui implique une grande mobilité des électrons
Pour les semis conducteurs : bande interdite de 1 a 2 eV = mobilité faisable
Pour les isolants ou diélectriques : gap de 5 a 10 eV = aucune mobilité possible
Comment s’appelle la dernière bande remplie d’électrons ?
La bande de valence
Comment s’appelle la première bande libre ?
Bande de conduction
Formule niveau de bande interdite gap ?
Eg = Ec - Ev
Formule niveau de Fermi
Ef = Eg/2
Qu’est ce qu’un matériau conducteur ?
Matériau disposant d’électrons mobiles permettant le transport d’un courant électrique
Qu’est ce que la résistance spécifique ou résistivité Rho ?
L’inverse de la conductivité sigma
A quoi sont dues les variations de la conductivité électrique ?
Elles dépendent de la composition et des liaisons chimiques. Les atomes du réseau cristallin sont des obstacles au mouvement des électrons.
Exemples de conducteurs
TiC SiC métaux graphite céramique a base d’Yttrium de Cu et de Ba
== Liaisons partiellement métalliques
Exemples de semis conducteurs
Ge Si
== Liaisons covalentes
Exemples de diélectriques
Si amorphe quartz diamant polymères
== Liaisons ioniques covalentes et ionocovalentes
Cas du graphite du diamant et du fullerène
Le graphite est conducteur (superposition de plans = feuillets en 2D, structure hexagonale, 3 atomes voisins et 1 électrons libre par atome)
Le diamant est isolant (structure en tétraèdre 3D, 4 atomes voisines et pas d’électrons mobiles ce qui empêche la conductivité par transfert de charge)
Le fullerène est conducteur (sphère de 64 atomes 3D, 3 atomes voisins et un électron libre par atome)
== La différence de structure implique une différence de conductivité
La conductivité électrique des matériaux conducteurs : que se passe t’il a température ambiante sans champ électrique externe ? S’il y a un champ électrique externe ?
Moment à l’équilibre
Mouvement aléatoire des électrons
Champ électrique externe entraîne une accélération des électrons sur une certaine distance puis ils sont freine par collision. Processus aléatoire et répétitif = la dérive des électrons
E = -grad V V = uE (mobilité des e- par le champ électrique)
Densité du courant J = I/S = Nee-V
Conductivité électrique Sigma = 1/rho = Nee-u
La conductivité électrique des matériaux conducteurs : effet de la composition
Comment diminuer la conductivité et donc augmenter la résistivité ?
Utilisation des matériaux métalliques sous forme d’alliages = ajouter des éléments étrangers (artefacts) perturber la structure cristallographique, rajouter des défauts
Sigma alliage < sigma métal pur
Rho alliage > rho metal pur
Résistivité de l’impureté
Rho i = Aci (1 - ci) ci la concentration des impuretés
La conductivité électrique des matériaux conducteurs : effet de la température
Si la température augmente, la conductivité diminue, la résistivité augmente
Le nombre d’électrons mobiles est constant
Pour une température supérieure à celle de Debye
Rho = Rho0 (1 + alpha deltaT)
Conductivité électrique des semis conducteurs : température
Sous l’effet de la température, le nombre de charges mobiles augmente et la conductivité est proportionnelle au nombre de porteurs de charges mobiles = les électrons passent de la bande de valence a la bande de conduction avec l’énergie produit par la température
On peut aussi doper la matière
Conductivité électrique des matériaux semis conducteurs : comment augmenter la conductivité
Ajouter des éléments des groupes voisins = dopage avec des structures proches (derniers électrons sur des niveaux équivalents)
Augmenter le nombre d’électrons et de trous positifs
Augmentation du nombre de porteurs de charges avec des éléments externes (fabrication de semi conducteurs extrinsèques)
Conductivité électrique des matériaux semis conducteurs : que se passe t’il si on ajoute un élément du groupe suivant (le groupe VA (P,As,Sb) = la colonne d’après)
Ajout d’atomes pentavalents avec 5 électrons mobiles
Augmentation du nombre d’électrons (Si et Ge sont quadravalents)
Semis conducteurs extrinsèques de type n
Niveau donneur = 0,5eV
La densité des électrons mobiles est largement supérieure à la densité des sites accepteurs
Conductivité électrique des matériaux semis conducteurs : que se passe t’il si on ajoute un élément du groupe précédent (le groupe IIIA (Al, B, Ga, In) = la colonne d’avant)
Ajout d’atomes trivalents
Ajout de centres accepteurs = optimisation des électrons de Si et de Ge
Semis conducteurs extrinsèques de type p
Niveau accepteur = 0,8eV
La densité des sites accepteurs est largement supérieure à la densité des électrons mobiles
A quoi est liée la conductivité des matériaux semis conducteurs ?
Liée directement au gap
La conductivité des matériaux cristallins est généralement meilleure que celles des matériaux amorphes
Pourquoi les céramiques et les polymères sont isolants ?
Comment faire pour augmenter la conductivité ?
Bande de valence complète
Bande de conduction vide
Largeur de la bande interdite supérieure à 2eV
Apporter de l’énergie (T) ou des charges mobiles
Conductivité des céramiques et des polymères : quel est l’effet de la température ?
La conductivité augmente La résistivité diminue Activation thermique Augmentation du nombre de porteurs Passage dans la bande de conduction
Cas des matériaux ioniques
Présences d’ions porteurs de charge
Migration ou diffusion sous l’effet du champ électrique
Courant électrique associé a celui du déplacement des électrons mobiles
Cas des polymères
Peu d’électrons mobiles
Propriétés isolantes contrées par le dopage qui joue sur la structure, l’organisation et la composition de la matière
Quel est le meilleur conducteur
Ag
Quel est le conducteur le plus utilisé ?
Cu
Quel est le conducteur le plus léger ?
Al
Qu’est ce qu’un alliage supraconducteur
Diminution de la température = matière complètement figée pour limiter le plus possible les collisions et les défauts
Les semis conducteurs extrinsèques de type n sont ?
- matériaux de référence
- matériaux avec augmentation du nombre de porteurs de charges
- matériaux dopés avec des éléments pentavalents
- matériaux dopés avec des éléments trivalents
- matériaux avec augmentation du nombre de porteurs de charges
- matériaux dopés avec des éléments pentavalents
La conductivité électrique des matériaux dépend de ?
- mouvement des électrons
- mouvement des lacunes
- phonons
- mouvement des ions
- mouvement des électrons
- mouvement des lacunes
- mouvement des ions
Quels sont les paramètres liés aux propriétés électriques
Résistivité
Conductivité
Dans quel cas la conductivité électrique est plus élevé ? Plus faible ?
Plus élevée si la structure cristalline est ordonnée
Plus faible si le matériau est monocristallin
Avec quoi la conductivité électrique des céramiques augmente ?
La température
Avec quoi la conductivité électrique des métaux augmente ?
Le nombre de charges
