Semi-conducteur

Un semi-conducteur est un matériau isolant, qui ne laisse donc pas passer le courant électrique, mais que l’on peut rendre conducteur dans certaines conditions (en augmentant sa température par exemple).

Matériaux conducteurs, isolants et semi-conducteurs, quelle différence ?

C’est le déplacement électrique qui s’opère au sein d’un matériau qui détermine s’il est conducteur, isolant ou semi-conducteur. Autrement dit, il s’agit de savoir comment les électrons s’y déplacent.

À quelles conditions les électrons peuvent-ils être mobiles dans un matériau ?

Placés autour de l’atome, les électrons sont caractérisés par leur appartenance à des plages d’énergies appelées bandes. On distingue les bandes de « valence » et de « conduction ».

La première correspond aux électrons situés en périphérie de l’atome. Ils sont nombreux mais peu mobiles car ils interagissent avec les atomes voisins pour assurer la cohésion locale du matériau. La seconde correspond à des électrons d’énergie importante, libres dans le matériau mais en nombre réduit.

  • Si ces 2 plages d’énergie se recouvrent, les électrons de valence peuvent passer dans la bande de conduction : le matériau est alors conducteur. C’est le cas des métaux (cuivre, argent, aluminium, or, mercure,…).
  • Si le « gap » d’énergie entre les bandes de valence et de conduction est important, le matériau est isolant (verre, céramique, carton, pierre, par exemple).
  • Les semi-conducteurs comme le silicium ont un faible gap qui peut être franchi par les électrons de valence si on leur apporte un supplément d’énergie thermique, lumineuse, électrique ou magnétique. Ils passent alors d’un état isolant à un état conducteur.

Utilisation des semi-conducteurs

Les semi-conducteurs, en ouvrant la possibilité de piloter un basculement entre deux états au sein de la matière, ont largement contribué au développement de l’électronique numérique, base de nombreux systèmes en particulier informatiques.

Par exemple, la mémoire des ordinateurs est constituée de cellules indépendantes implantées sur un substrat de silicium, l’un des matériaux semi-conducteurs les plus utilisés.

De nombreux autres systèmes utilisent les semi-conducteurs. Par exemple, les capteurs d’images ou les cellules photovoltaïques présentes sur les panneaux solaires, qui exploitent leurs propriétés de photoémission (émission d’électrons sous l’impact des photons d’un rayonnement lumineux).

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