Conducteurs, semi-conducteurs, supraconducteurs

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Conducteurs, semi-conducteurs, supraconducteurs (fiche - Terminale S)

Objectifs Etudier quelques matériaux caractérisés par leurs p ropriétés électriques : les conducteurs, semi-conducteurs, supraconducteurs. Ex pliquer la physique permettant de comprendre lesdites propriétés. Donner les appli cations des matériaux décrits. 1. Théorie des bandes : conducteurs et isolants éle ctriques Le comportementisolant ou conducteur électriqued’un matériau s’explique par la théorie des bandes. Dans un atome isolé, ses électrons ne peuvent occ uper que des états d’énergie discrets, comme expliqué par lamécanique quantique. Lorsque deux atomes identiques sont proches l’un de l’autre (molécule diatomique), les états subissent un dédoublement. AvecNatomes proches, il y a subdivision des états enN niveaux proches.

Dans un cristal,Nest considéré comme infini, de sorte que lesNniveaux sont infiniment proches. Ils forment desbandes dites permises, car les électrons du cristal ne peuvent être que dans ces bandes. Les deux derni ères bandes, c'est-à-dire les plus énergétiques, sont :

•La bande de valence, formées par les électrons assurant lesliaisons atomiques: ils restentlocalisés. A 0 K,la bande de valence est pleine. •La bande de conduction, d’énergies supérieures, constituées par desélectrons délocalisables à l’ensemble du matériau: ils permettent laconduction électrique.

→Pour unconducteur, la bande de conduction est partiellement remplie. D’autre part, il y a rctionecouvrement entre les bandes de valence et de condu .

→Pour unisolant, la bande de conduction est vide, et il existe unebande interdite entre la bande de valence et la bande de conduction . Sa largeur, nomméegap, est de l’ordre dequelques eV. Exemple : environ 6 eV pour le diamant. Cet écart est trop fort pour que les électrons de valence puissent spontané ment passer sur la bande de conduction.