Chapitre 4
Structure electronique des
solides : metaux et oxydes
L
'APPROCHE GENERALE que nous venons de faire dans le chapitre 3 montre que les proprietes electroniques des solides peuvent etre representees par un diagramme de bandes d'energies. Celui-ci est etabli a partir
des niveaux atomiques des elements composant le solide. Si les bandes
sont totalement occupees par les electrons ou vides, elles sont isolantes et
ne peuvent participer a la conduction electrique. Par contre, si une bande
est partiellement occupee, elle devient conductrice et le solide a un comportement metallique. Enfin, si la structure de bande comprend une
bande totalement occupee, ou bande de valence, suivie d'une bande
totalement vide, ou bande de conduction, le systeme est en general
isolant. L'ecart energetique entre ces deux bandes, represente par E g , est
1'energie de saut (gap). C'est 1'energie necessaire pour qu'un electron soit
expulse de la bande de valence vers la bande de conduction, par agitation
thermique ou par toute autre source d'excitation (lumiere...). Get ecart
energetique represente la bande interdite. Si ces deux bandes sont
proches energetiquement (<2 electron-volts), le compose est un semi-conducteur. Nous pouvons ainsi faire 1'inventaire des differents types de
solides en commencant par les elements metalliques. Dans le cas des bandes incompletement remplies, il convient de souligner que le compose est
d'autant plus conducteur que la bande concernee est large. Cette particularite est liee a la notion de mobilite des electrons qui sont les porteurs
de charges. Dans le cas des semi-conducteurs, ces porteurs de charges
peuvent etre des trous electroniques (niveaux electroniques depeuples
dans la bande de valence). Afin d'obtenir une representation simplifiee
pour tous les solides, nous partirons de la methode des orbitales moleculaires, construites a partir des orbitales atomiques, appliquees aux
solides (approximation des liaisons fortes).
Structure electronique des
solides : metaux et oxydes
L
'APPROCHE GENERALE que nous venons de faire dans le chapitre 3 montre que les proprietes electroniques des solides peuvent etre representees par un diagramme de bandes d'energies. Celui-ci est etabli a partir
des niveaux atomiques des elements composant le solide. Si les bandes
sont totalement occupees par les electrons ou vides, elles sont isolantes et
ne peuvent participer a la conduction electrique. Par contre, si une bande
est partiellement occupee, elle devient conductrice et le solide a un comportement metallique. Enfin, si la structure de bande comprend une
bande totalement occupee, ou bande de valence, suivie d'une bande
totalement vide, ou bande de conduction, le systeme est en general
isolant. L'ecart energetique entre ces deux bandes, represente par E g , est
1'energie de saut (gap). C'est 1'energie necessaire pour qu'un electron soit
expulse de la bande de valence vers la bande de conduction, par agitation
thermique ou par toute autre source d'excitation (lumiere...). Get ecart
energetique represente la bande interdite. Si ces deux bandes sont
proches energetiquement (<2 electron-volts), le compose est un semi-conducteur. Nous pouvons ainsi faire 1'inventaire des differents types de
solides en commencant par les elements metalliques. Dans le cas des bandes incompletement remplies, il convient de souligner que le compose est
d'autant plus conducteur que la bande concernee est large. Cette particularite est liee a la notion de mobilite des electrons qui sont les porteurs
de charges. Dans le cas des semi-conducteurs, ces porteurs de charges
peuvent etre des trous electroniques (niveaux electroniques depeuples
dans la bande de valence). Afin d'obtenir une representation simplifiee
pour tous les solides, nous partirons de la methode des orbitales moleculaires, construites a partir des orbitales atomiques, appliquees aux
solides (approximation des liaisons fortes).