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Physique des semi-conducteurs

Révisez les bases de la physique des semi-conducteurs (bande interdite, porteurs, donneurs et accepteurs) avec des QCM et leurs explications.

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Physique des semi-conducteurs : points clés

Les propriétés d'un semi-conducteur sont en grande partie déterminées par sa bande interdite, l'écart d'énergie entre la bande de valence et la bande de conduction. La bande interdite du silicium vaut environ 1,12 eV à température ambiante : elle n'est pas aussi large que celle d'un isolant, ni nulle comme celle d'un métal.

L'ajout d'impuretés donne des semi-conducteurs de type n, riches en électrons, ou de type p, riches en trous. La dépendance en température de la densité de porteurs, la mobilité ainsi que la différence entre courant de dérive et courant de diffusion constituent la base pour comprendre les composants étudiés ensuite.

Toutes les questions sur Physique des semi-conducteurs (50)
  1. Quelle valeur est la plus proche de la bande interdite du silicium (Si) à température ambiante ?
  2. Quelle description est correcte lorsqu'on ajoute du phosphore (P) comme impureté dans le silicium ?
  3. Comment évolue la densité de porteurs intrinsèques lorsque la température d'un semi-conducteur intrinsèque augmente ?
  4. Quelle comparaison des mobilités des électrons et des trous dans le silicium est correcte ?
  5. Quelle position du niveau de Fermi d'un semi-conducteur de type n est correcte ?
  6. Quelle dépendance en température de la résistivité d'un semi-conducteur intrinsèque est correcte ?
  7. Quel est le produit (n×p) de la densité d'électrons n et de la densité de trous p d'un semi-conducteur à l'équilibre thermique ? (ni : densité de porteurs intrinsèques)
  8. Quelle est la cause correcte du courant de diffusion dans un semi-conducteur ?
  9. Quel est un facteur typique qui raccourcit la durée de vie des porteurs minoritaires dans le silicium ?
  10. Quelle est la structure cristalline du silicium monocristallin ?
  11. Quelle est la vitesse de dérive d'un électron de mobilité 1000 cm²/V·s soumis à un champ électrique de 100 V/cm ?
  12. Comment appelle-t-on la masse introduite pour traiter le mouvement d'un électron dans un cristal comme celui d'un électron libre, d'après sa réponse à une force extérieure ?
  13. Quelle signification du niveau de Fermi est correcte ?
  14. Quelle est approximativement la densité de trous d'un silicium de type n de concentration de donneurs 1×10¹⁶ cm⁻³ (donneurs tous ionisés, densité de porteurs intrinsèques ni = 1×10¹⁰ cm⁻³) ?
  15. Quelle lumière le silicium peut-il absorber ?
  16. Quel est le type de structure de bandes du silicium ?
  17. Que permet de déterminer correctement la mesure de l'effet Hall ?
  18. Comment appelle-t-on un semi-conducteur dont la concentration d'impuretés est si élevée que le niveau de Fermi pénètre dans la bande de conduction ou de valence ?
  19. Quelle relation d'Einstein lie le coefficient de diffusion D et la mobilité μ des porteurs dans un semi-conducteur ? (k : constante de Boltzmann, T : température absolue, q : charge élémentaire)
  20. Quelle valeur est la plus proche de la tension thermique kT/q à température ambiante (300 K) ?
  21. Quelle position dans la bande interdite du niveau donneur créé par le phosphore dans le silicium est correcte ?
  22. Quelle propriété est correcte pour un silicium contenant à la fois 5×10¹⁶ cm⁻³ de donneurs et 2×10¹⁶ cm⁻³ d'accepteurs (température ambiante, tous ionisés) ?
  23. Pourquoi la densité de porteurs d'un silicium de type n diminue-t-elle fortement lorsqu'on le refroidit à température cryogénique ?
  24. Quel processus de recombinaison, prépondérant à forte concentration de porteurs, transfère l'énergie libérée non pas à un photon mais à un autre porteur ?
  25. Quelle est approximativement la résistivité d'un silicium de type n de densité d'électrons 1×10¹⁶ cm⁻³ et de mobilité électronique 1000 cm²/V·s ? (contribution des trous négligée, charge élémentaire 1,6×10⁻¹⁹ C)
  26. Comment appelle-t-on la différence d'énergie entre le niveau du vide et le bas de la bande de conduction d'un semi-conducteur ?
  27. Quelle est la principale raison de la baisse de mobilité avec la température dans un silicium faiblement dopé ?
  28. Quelle valeur est la plus proche de la densité de porteurs intrinsèques du silicium à température ambiante ?
  29. Quelle valeur est la plus proche de la densité atomique du cristal de silicium ?
  30. Quelle description du trou est correcte ?
  31. Quelle valeur est la plus proche de la bande interdite du germanium (Ge) à température ambiante ?
  32. Combien d'électrons de valence (électrons de la couche externe) possède un atome de silicium ?
  33. Quelle description est correcte lorsqu'on ajoute du bore (B) comme impureté dans le silicium ?
  34. Quels sont les porteurs majoritaires d'un semi-conducteur de type p ?
  35. Parmi les matériaux suivants, lequel a la plus grande bande interdite ?
  36. Quelle est l'unité correcte de la mobilité des porteurs ?
  37. Avec la densité d'électrons n, la densité de trous p, la mobilité des électrons μn, la mobilité des trous μp et la charge élémentaire q, quelle expression donne la conductivité σ d'un semi-conducteur ?
  38. Comment appelle-t-on le processus de recombinaison d'électrons et de trous par l'intermédiaire de niveaux profonds (pièges) dans la bande interdite ?
  39. Avec D le coefficient de diffusion des porteurs minoritaires et τ leur durée de vie, quelle expression donne la longueur de diffusion L ?
  40. Comment évolue la bande interdite du silicium lorsque la température augmente ?
  41. Comment évolue la vitesse de dérive des électrons du silicium soumis à un champ électrique intense ?
  42. Quelle valeur est la plus proche de l'énergie d'un photon de longueur d'onde 620 nm ? (E [eV] ≈ 1240 / λ [nm])
  43. Comment évolue en général la mobilité des porteurs lorsqu'on augmente la concentration d'impuretés du silicium ?
  44. Quelle définition du travail de sortie d'un matériau est correcte ?
  45. Quelle valeur est la plus proche de la permittivité relative du silicium ?
  46. Quelle valeur est la plus proche de la mobilité des électrons à température ambiante dans un silicium faiblement dopé ?
  47. Pourquoi la probabilité qu'un électron et un trou se recombinent en émettant de la lumière est-elle faible dans un semi-conducteur à gap indirect comme le silicium ?
  48. Dans un semi-conducteur écarté de l'équilibre thermique par éclairement ou injection de courant, comment appelle-t-on les niveaux introduits pour représenter séparément la densité d'électrons et la densité de trous ?
  49. Quelle valeur est la plus proche du paramètre de maille du cristal de silicium ?
  50. Pourquoi le niveau de Fermi intrinsèque du silicium s'écarte-t-il légèrement du milieu exact de la bande interdite ?

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