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Vidéo de question : Identifier le réseau de silicium avec la température la plus élevée Physique

Les figures suivantes montrent un réseau d’atomes de Si. Laquelle des figures montre le réseau à une température plus élevée ? [A] La figure A [B] La figure B [C] Les deux figures montrent le réseau à la même température.

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Transcription de vidéo

Les figures suivantes représentent un réseau d’atomes de silicium. Laquelle des figures montre le réseau à une température plus élevée ? Nos options de réponse sont ce réseau ici marqué (A), ce réseau ici marqué (B), ou (C) que les deux figures montrent le réseau à la même température.

Compte tenu de l’élément dont ces réseaux sont constitués, nous pouvons rappeler qu’un seul atome de silicium neutre a quatre électrons dans sa couche électronique de valence. Lorsque les atomes de silicium forment un réseau, des liaisons se forment entre les atomes adjacents. Ces liaisons permettent le partage d’électrons de valence entre des atomes adjacents. L’effet global est que les atomes de silicium dans la majeure partie du réseau, c’est-à-dire ceux à l’intérieur, ont maintenant un entourage complet de huit électrons de valence.

Parce que le silicium est un semi-conducteur, les électrons de sa couche de valence ne sont pas très loin, sur le plan énergétique, de devenir des électrons conducteurs. Autrement dit, il suffit d’une petite quantité d’énergie pour transformer un électron de valence d’un atome de silicium en un électron libre. L’énergie qui le fait provient généralement de l’énergie thermique de l’environnement du réseau de silicium. Un indicateur typique de cette énergie est la température du réseau. Un réseau à température plus élevée aura plus d’énergie thermique disponible pour être transféré aux électrons de valence du réseau. Comme nous l’avons vu, lorsque cela se produit, un électron de valence est susceptible de devenir un électron libre, libre de se déplacer dans le réseau.

Si nous regardons la figure (A), nous voyons ici tous les électrons de valence, indiqués par de petits points bleus, fixés en place autour de chaque noyau atomique. Si nous choisissons l’un des noyaux atomiques intérieurs, disons celui-ci ici, alors nous pouvons voir que ce noyau a un, deux, trois, quatre, cinq, six, sept, huit électrons dans sa couche de valence. Et en effet, en regardant à travers tous les atomes intérieurs de notre réseau dans la figure (A), nous voyons que chacun d’entre eux a également huit électrons de valence. Cette figure nous montre ensuite un réseau où la température est si basse qu’aucun des électrons de valence, à notre connaissance, n’a été libéré pour devenir des électrons libres. Si un réseau a littéralement zéro électrons libres, cela indique un réseau à la température la plus basse possible, zéro absolu.

En revanche, le réseau représenté sur la figure (B) contient des électrons libres. Par exemple, il y en a un ici indiqué par le fait qu’il est en mouvement et un ici et un ici et ainsi de suite. Notez qu’avec les électrons libres dans ce réseau, il y a aussi des trous ou des lacunes. Il y a une lacune ici et une lacune ici et une lacune ici et ainsi de suite. Le réseau de la figure (B) indique alors un réseau à une température suffisamment élevée pour que certains des électrons de valence aient été libérés pour devenir des électrons libres, laissant des trous derrière eux. Nous pouvons dire que ce réseau a reçu plus d’énergie thermique et qu’il existe donc à une température plus élevée que le réseau représenté sur la figure (A).

Ce n’est donc pas vrai que les deux figures montrent le réseau à la même température. Pour notre réponse, nous choisissons l’option (B).

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