I.2 Diagramme d'énergie d'un semiconducteur – métal - isolant
Rappel :
Rappel sur la définition d'un diagramme d'énergie.
Structure de bandes
La différence entre un métal, un semiconducteur et un isolant tient essentiellement à la structure de bandes de la couche externe :
La figure précédente montre que le métal possède une structure de bande continue au niveau de la couche externe. De ce fait, le moindre apport d'énergie permet de faire passer des porteurs sur des niveaux directement supérieurs (état excité). L'application d'un champ électrique leur permettra de se déplacer créant ainsi un courant électrique.
La présence d'une bande interdite dans le diagramme d'énergie signifie qu'il faut communiquer aux électrons de valence une énergie supérieure à la largeur de la bande interdite pour les faire passer dans un état excité (les places possibles se situant dans la bande de conduction). Ils pourront alors, comme dans le cas du métal, participer à des phénomènes de conduction.
Attention :
Il existe donc un seuil d'énergie au dessous duquel le matériau se comporte comme un isolant. Ce seuil correspond à une certaine valeur de la largeur du "Gap" Eg :
Exemple : Ainsi à 300 K les valeurs de Eg sont :
Attention :
Dans le cas des isolants, l'énergie nécessaire pour faire passer un électron dans un état excité est supérieure à celle assurant la cohésion du cristal. De ce fait, il y aura destruction du matériau avant que de pouvoir générer des électrons libres.