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Chapitre 4 : Structure electronique des solides : metaux et oxydes
/*
4.2 Elements de la colonne 14 (C, Si, Ge,
Sn et Pb)
1 Carbone, silicium et germanium
Les elements de la colonne 14 ont pour structure electronique ns
2 np
2 .
Les 3 premiers sont des semi-conducteurs, tandis que les 2 derniers sont
des metaux. Us ont chacun 4 electrons de valence. Les elements semiconducteurs ont une structure liee a 1'environnement tetraedrique de
chaque atome, impliquant une hybridation sp
3 de leurs orbitales atomiques. Un schema de bande simplifie peut etre propose en remarquant,
comme des calculs 1'ont montre, que les niveaux Hants et antiliants ne
sont plus en continuite, formant ainsi 2 bandes separees, 1'une liante et
1'autre antiliante. Comme le carbone dans la molecule de methane, les N
niveaux s et les 3N niveaux p vont former 4N niveaux hybrides, dans un
solide contenant N atomes, se repartissant en 2N niveaux liants et 2N
niveaux antiliants, separes par une bande interdite. Les 4N electrons
vont occuper totalement les 2N niveaux liants, qui forment ainsi une
bande totalement occupee : c'est la bande de valence. La bande immediatement superieure antiliante, totalement vide, issue des 2N niveaux
antiliants, est la bande de conduction. Elle recoit les electrons excites de
la bande de valence, ou les electrons excedentaires apportes par dopage
du semi-conducteur, qui contribuent a la conduction du materiau. Une
des caracteristiques d'un semi-conducteur est 1'ecart energetique E g
separant le haut de la bande de valence et le bas de la bande de conduction. Le compose est d'autant plus conducteur que cette energie est plus
faible (cf. figure 4.4).
FlG. 4.4 - Diagramme de bandes simplifie des elements semi-conducteurs de la
colonne 14.
Chapitre 4 : Structure electronique des solides : metaux et oxydes
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4.2 Elements de la colonne 14 (C, Si, Ge,
Sn et Pb)
1 Carbone, silicium et germanium
Les elements de la colonne 14 ont pour structure electronique ns
2 np
2 .
Les 3 premiers sont des semi-conducteurs, tandis que les 2 derniers sont
des metaux. Us ont chacun 4 electrons de valence. Les elements semiconducteurs ont une structure liee a 1'environnement tetraedrique de
chaque atome, impliquant une hybridation sp
3 de leurs orbitales atomiques. Un schema de bande simplifie peut etre propose en remarquant,
comme des calculs 1'ont montre, que les niveaux Hants et antiliants ne
sont plus en continuite, formant ainsi 2 bandes separees, 1'une liante et
1'autre antiliante. Comme le carbone dans la molecule de methane, les N
niveaux s et les 3N niveaux p vont former 4N niveaux hybrides, dans un
solide contenant N atomes, se repartissant en 2N niveaux liants et 2N
niveaux antiliants, separes par une bande interdite. Les 4N electrons
vont occuper totalement les 2N niveaux liants, qui forment ainsi une
bande totalement occupee : c'est la bande de valence. La bande immediatement superieure antiliante, totalement vide, issue des 2N niveaux
antiliants, est la bande de conduction. Elle recoit les electrons excites de
la bande de valence, ou les electrons excedentaires apportes par dopage
du semi-conducteur, qui contribuent a la conduction du materiau. Une
des caracteristiques d'un semi-conducteur est 1'ecart energetique E g
separant le haut de la bande de valence et le bas de la bande de conduction. Le compose est d'autant plus conducteur que cette energie est plus
faible (cf. figure 4.4).
FlG. 4.4 - Diagramme de bandes simplifie des elements semi-conducteurs de la
colonne 14.