Nous expliquons ce qu’est un semi-conducteur électrique, ses types, ses applications et ses exemples. De plus, des matériaux conducteurs et isolants.
Qu’est-ce qu’un semi-conducteur ?
Les semi-conducteurs sont des matériaux capables d’agir comme conducteurs électriques ou comme isolants électriques , selon les conditions physiques dans lesquelles ils se trouvent. Ces conditions impliquent généralement la température et la pression , l’incidence du rayonnement ou l’intensité du champ électrique ou du champ magnétique auquel le matériau est soumis.
Les semi-conducteurs sont constitués d’ éléments chimiques très différents , qui proviennent en fait de différentes régions du tableau périodique , mais qui partagent certains traits chimiques (généralement ils sont tétravalents), qui leur confèrent leurs propriétés électriques particulières. Actuellement, le semi-conducteur le plus utilisé est le silicium (Si) , notamment dans l’ industrie électronique et informatique .
Outre les matériaux isolants, les semi-conducteurs ont été découverts en 1727 par le physicien et naturaliste anglais Stephen Gray (1666-1736), mais les lois qui décrivent leur comportement et leurs propriétés ont été décrites bien plus tard, en 1821, par le célèbre physicien allemand Georg Simon. (1789-1854).
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Applications semi-conducteurs
Les semi-conducteurs sont particulièrement utiles dans l’industrie électronique , car ils permettent de conduire et de moduler le courant électrique selon les modèles nécessaires. Pour cette raison, il est courant qu’ils soient utilisés pour :
- transistors
- Circuits intégrés
- diodes électriques
- capteurs optiques
- lasers à solide
- Modulateurs d’entraînement électrique (comme un ampli de guitare électrique)
Types de semi-conducteurs
Les semi-conducteurs peuvent être de deux types différents, selon leur réponse à l’environnement physique dans lequel ils se trouvent :
semi-conducteurs intrinsèques
Ils sont constitués d’un seul type d’ atomes , disposés en molécules tétraédriques (c’est-à-dire quatre atomes de valence 4) et leurs atomes sont reliés par des liaisons covalentes .
Cette configuration chimique empêche la libre circulation des électrons autour de la molécule, sauf lorsque la température s’élève : alors les électrons prennent une partie de l’ énergie disponible et « sautent », laissant un espace libre qui se traduit par une charge positive, qui à son tour s’attire nouveaux électrons. Ce processus est appelé recombinaison et la quantité de chaleur nécessaire dépend de l’élément chimique en question.
Semi-conducteurs extrinsèques
Ces matériaux permettent un processus de dopage , c’est-à-dire qu’ils permettent d’inclure certains types d’impuretés dans leur configuration atomique. En fonction de ces impuretés, qui peuvent être serpentavalentes ou trivalentes, les matériaux semi-conducteurs se divisent en deux :
- Semi-conducteurs extrinsèques de type N (donneurs) . Dans ces types de matériaux, les électrons sont plus nombreux que les trous ou les porteurs de charge libres (« trous » de charge positive). Lorsqu’une différence de potentiel est appliquée au matériau, les électrons libres se déplacent vers la gauche du matériau et les trous se déplacent vers la droite. Lorsque les trous atteignent l’extrême droite, les électrons du circuit externe pénètrent dans le semi-conducteur et une transmission de courant électrique se produit.
- Semi-conducteurs extrinsèques de type P (accepteurs) . Dans ces matériaux, l’impureté ajoutée, au lieu d’augmenter les électrons disponibles, augmente les trous.Ainsi, on parle de matériau accepteur ajouté, car il y a une plus grande demande d’électrons que la disponibilité et chaque « espace » libre où un électron devrait aller sert pour faciliter le passage du courant.
Exemples de matériaux semi-conducteurs
Les semi-conducteurs les plus couramment utilisés dans l’ industrie sont :
- Silicium (Oui)
- Germanium (Ge), souvent dans des alliages de silicium
- Arséniure de gallium (GaAs)
- Soufre
- Oxygène
- Cadmium
- Sélénium
- Indien
- Autres matières chimiques résultant de la combinaison d’éléments des groupes 12 et 13 du tableau périodique, avec des éléments des groupes 16 et 15 respectivement.
matériaux conducteurs
Contrairement aux semi-conducteurs, dont les propriétés de conduction électrique varient, les matériaux conducteurs sont toujours prêts à transmettre de l’électricité , du fait de la configuration électronique de leurs atomes. Cette conductivité peut fluctuer et être affectée dans une certaine mesure par l’état physique de l’environnement puisque la conductivité électrique n’est pas absolue.
Des exemples de matériaux conducteurs sont la grande majorité des métaux (fer, mercure, cuivre , aluminium, etc.) et de l’eau .
Matériaux isolants
Enfin, les matériaux isolants sont ceux qui résistent à la conduction de l’électricité , c’est-à-dire qu’ils empêchent le passage des électrons et sont donc utiles pour se protéger de l’électricité, pour l’empêcher de suivre un cours libre, ou des courts-circuits. Les isolateurs n’isolent pas non plus à cent pour cent, ils ont une limite (tension de claquage) au-delà de laquelle l’énergie est si intense qu’ils ne peuvent pas maintenir leur condition d’isolateurs et, par conséquent, ils transmettent le courant électrique, au moins dans une certaine mesure.
Des exemples de matériaux isolants sont le plastique , la céramique, le verre, le bois et le papier.
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