Quelles sont les bandes d'énergie du silicium ?
Définition du silicium
Le silicium est défini comme un semi-conducteur dont les propriétés se situent entre celles d'un conducteur et d'un isolant, essentiel pour l'électronique.
Le silicium est défini comme un semi-conducteur avec moins d'électrons libres qu'un conducteur mais plus qu'un isolant. Cette caractéristique unique fait que le silicium est largement utilisé dans l'électronique. Le silicium possède deux types de bandes d'énergie : la bande de conduction et la bande de valence. La bande de valence est formée par des niveaux d'énergie avec des électrons de valence. À une température absolue de 0oK, la bande de valence est remplie d'électrons, et aucun courant ne circule.
La bande de conduction est la bande d'énergie supérieure où se trouvent les électrons libres qui peuvent se déplacer à travers le solide. Ces électrons libres sont responsables du flux de courant. L'écart d'énergie entre la bande de conduction et la bande de valence est appelé l'écart d'énergie interdit. Cet écart détermine si un matériau est un métal, un isolant ou un semi-conducteur.
La taille de l'écart d'énergie interdit détermine si un solide est un métal, un isolant ou un semi-conducteur. Les métaux n'ont pas d'écart, les isolants ont un grand écart, et les semi-conducteurs ont un écart modéré. Le silicium a un écart interdit de 1,2 eV à 300 K.
Dans un cristal de silicium, les liaisons covalentes maintiennent les atomes ensemble, rendant le silicium électriquement neutre. Lorsqu'un électron se détache de sa liaison covalente, il laisse un trou. À mesure que la température augmente, plus d'électrons sautent dans la bande de conduction, créant ainsi plus de trous dans la bande de valence.
Diagramme des bandes d'énergie du silicium
Le diagramme des bandes d'énergie du silicium montre les niveaux d'énergie des électrons. Dans le silicium intrinsèque, le niveau de Fermi est au milieu de l'écart d'énergie. La dopage du silicium intrinsèque avec des atomes donneurs le rend de type n, déplaçant le niveau de Fermi plus près de la bande de conduction. Le dopage avec des atomes accepteurs le rend de type p, déplaçant le niveau de Fermi plus près de la bande de valence.
Diagramme des bandes d'énergie du silicium intrinsèque
Diagramme des bandes d'énergie du silicium extrinsèque
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