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Vidéo de question : Comprendre ce que signifie «semi-conducteur de type p» Physique

Laquelle des affirmations suivantes décrit un semi-conducteur de type p? [A] Un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui porte une charge nette négative. [B] Un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui porte une charge nette positive. [C] Un semi-conducteur de type p est un semi-conducteur constitué d’un élément de la période 3 du tableau périodique. [D] Un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté telle qu’il y a plus d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur. [E] Un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté telle qu’il y a moins d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur.

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Transcription de vidéo

Laquelle des affirmations suivantes décrit un semi-conducteur de type p? A) un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui porte une charge nette négative. B) un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui porte une charge positive nette. C) un semi-conducteur de type p est un semi-conducteur constitué d’un élément de la période trois du tableau périodique. D) un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté telle qu’il y a plus d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur. E) un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté telle qu’il y a moins d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur.

Bon, donc ce sont toutes des options longues et formulées entre lesquelles nous devons choisir, mais avant de choisir et avant de passer aux options, rappelons-nous un peu des concepts à propos des semi-conducteurs. Maintenant, les semi-conducteurs sont le plus souvent fabriqués à partir d’un élément appelé silicium. Disons que c’est un atome de silicium. Maintenant, dans la couche externe ou couche de valence du silicium, il y a quatre électrons. Rappelez-vous que nous parlons simplement de la valence car il y a des électrons dans des couches plus internes par rapport à la couche de valence, mais ils ne jouent aucun rôle important dans les semi-conducteurs. Alors parlons plus en détail d’un semi-conducteur en silicium.

Dans un réseau cristallin d’un semi-conducteur, de nombreux atomes de silicium sont liés de cette manière, de sorte que pour un atome de silicium entouré d’autant d’atomes de silicium que possible, il y a maintenant huit électrons autour de lui: un, deux, trois, quatre, cinq, six, sept et huit. Dans chaque liaison, bien sûr, un atome de silicium fournit un électron et l’autre fournit l’autre électron. Mais c’est simplement à quoi ressemble le matériau pour un semi-conducteur pur ou non dopé. Lorsque nous finissons par doper le semi-conducteur, il peut se transformer en un semi-conducteur de type p, ou de type positif, ou un type n, de type négatif. Alors, qu’est-ce que cela signifie?

Eh bien, considérons le dopage de notre semi-conducteur avec un atome de bore, qui d’ailleurs n’a que trois électrons dans sa couche de valence externe. Maintenant, lorsque nous dopons un semi-conducteur avec un atome de bore, essentiellement l’atome de bore remplace l’un des atomes de silicium. Alors disons que nous remplaçons cet atome de silicium central par un atome de bore. Maintenant, ce que nous avons, ce sont encore des atomes de silicium, mais cette fois, nous avons un atome de bore au centre. Et comme le bore n’a que trois électrons dans sa couche de valence, contrairement à quatre pour le silicium, cela signifie qu’en entourant l’atome de bore une fois que d’autres liaisons ont été établies, il n’y a qu’un, deux, trois, quatre, cinq, six, sept électrons, plus huit, car bien sûr, chaque silicium fournit un électron par liaison. Voilà donc quatre atomes de silicium, donc quatre liaisons. Et puis le bore fournit les trois de sa couche de valence. Donc, cela fait sept électrons en tout.

Cela signifie qu’à l’origine, là où il y aurait eu un électron, il n’y a plus d’électron. Et cette absence d’électron est ce qui fait toute la différence dans un semi-conducteur de type p. Maintenant, on appelle cela un semi-conducteur de type p parce qu’il s’agit d’un semi-conducteur de type positif. Et la raison pour laquelle on l’appelle comme ceci, c’est parce qu’il y aurait eu un électron là si nous avions un semi-conducteur pur ou non dopé. Mais quand on le dope avec du bore, il n’y a plus d’électron là. Par conséquent, une charge négative qui aurait été là normalement n’est plus là. Donc, un manque de charge négative le transforme en un semi-conducteur de type positif.

Maintenant, nous devons être prudents ici. Nous ne disons pas que le matériau est globalement chargée positivement parce qu’il n’y a plus d’électron. Non, la charge sur cette substance entière est toujours neutre car, rappelez-vous, même s’il n’y avait pas d’électron comme dans le semi-conducteur non dopé, cela est compensé par le nombre de protons dans le noyau du bore car un atome de bore a cinq protons dans son noyau et cinq électrons en orbite. Maintenant, ils s’organisent dans la formation électronique suivante: deux électrons sur la couche interne et trois électrons comme nous l’avons déjà vu dans la couche externe ou de valence. Ainsi, la charge globale ou nette sur le bore est en fait neutre. Cependant, la seule raison pour laquelle on l’appelle semi-conducteur de type positif dans cette situation, c’est parce qu’il y moins d’électrons libres, donc il y a un manque de charge négative alors qu’il y en aurait eu une dans la situation non dopée ou pure.

Donc, en gardant tout cela à l’esprit, examinons les réponses A à E et voyons laquelle a le plus de sens. En commençant par la réponse A, un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui porte une charge nette négative. Maintenant, nous venons de dire qu’il n’y a de charge nette sur aucun des semi-conducteurs, qu’ils soient dopés ou non. Donc, la réponse A n’a aucun sens. Réponse B alors, un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui porte une charge positive nette. Encore une fois, ce n’est pas vrai; il n’y a pas de charge nette sur le semi-conducteur. Voyons donc la réponse C: un semi-conducteur de type p est un semi-conducteur fabriqué à partir d’un élément de la période trois du tableau périodique. Maintenant, si nous regardons la période trois dans le tableau périodique, nous pouvons voir qu’elle se compose du sodium, du magnésium, de l’aluminium, du silicium, du phosphore, du soufre, du chlore et de l’argon. Nous pouvons donc voir que le silicium est dans la troisième période du tableau périodique et c’est ce qui constitue la majorité de nos semi-conducteurs dopés.

Cependant, ce n’est pas une très bonne description car le bore, qui est couramment utilisé pour doper ces semi-conducteurs pour en faire un semi-conducteur de type p, n’est pas dans la période trois. De plus, aucun de ces autres matériaux n’est utilisé pour fabriquer un semi-conducteur de type p. Alors pourquoi le décrire en fonction de la troisième période du tableau périodique? Non, ce n’est pas la réponse que nous recherchons non plus. Dans la réponse D, un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté telle qu’il y a plus d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur. Maintenant nous parlons d’impuretés. Comme nous en avons discuté, le bore est une impureté ici. Cependant, le problème avec cette définition est qu’elle dit qu’il y a davantage d’électrons libres que dans le semi-conducteur pur. Donc, la réponse D est en fait la définition d’un semi-conducteur de type n, de type négatif.

Ce type de semi-conducteur est fabriqué lorsque nous dopons notre semi-conducteur pur avec quelque chose comme l’antimoine, qui a cinq électrons dans sa couche de valence. Par conséquent, il y a davantage d’électrons qui entourent l’atome central d’antimoine. Donc, bien que la réponse D soit assez proche de ce que nous recherchons, c’est en fait la définition d’un semi-conducteur de type n, pas de type p. La réponse E nous dit qu’un semi-conducteur de type p, est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté telle qu’il y a moins d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur. C’est la définition exacte que nous recherchons. Tout d’abord, elle parle d’une impureté, comme le bore dont nous avons déjà parlé. Et deuxièmement, elle nous dit que l’impureté entraîne moins d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur, comme nous l’avons vu précédemment. Et donc notre réponse finale est la réponse E: un semi-conducteur de type p est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté telle qu’il y a moins d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur.

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