Video Transcript
Un cristal semi-conducteur pur est dopé pour devenir un semi-conducteur de type n. Lequel des éléments suivants peut être utilisé pour ce processus de dopage ? (A) bore, (B) aluminium, (C) phosphore, (D) cuivre.
Pour commencer, rappelons quelques informations sur les semi-conducteurs de type n. Premièrement, on les appelle type n parce que la densité d’électrons libres, représentée par n, est supérieure à la densité des lacunes. Rappelons que tout semi-conducteur de type n doit contenir un certain nombre d’ions positifs donneurs dans le réseau du semi-conducteur. Ce sont des atomes de dopant qui étaient à l’origine neutres lorsqu’ils ont été ajoutés au réseau, mais qui sont devenus des ions chargés positivement lorsqu’ils ont fait don d’un de leurs électrons les plus externes au réseau en tant qu’électron libre.
Pour obtenir cet effet, un semi-conducteur doit être dopé avec des atomes d’impureté pentavalents. Rappelons qu’un atome pentavalent est un atome qui a cinq électrons dans sa couche électronique la plus externe.
Donc, pour revenir à la question, nous devons identifier lequel de ces éléments a cinq électrons dans sa couche la plus externe dans un atome neutre. Pour vous aider à visualiser cette information, dessinons un schéma de l’atome montrant le type d’élément et sa couche électronique occupée la plus externe. Notez que nous n’avons pas besoin de nous préoccuper des couches électroniques internes pour répondre à cette question. Nous ne les représenterons donc pas sur les schémas.
En commençant par le choix de réponse (A), nous voyons que le bore a trois électrons dans sa couche la plus externe. Nous disons qu’il est trivalent, pas pentavalent. Le dopage avec des atomes trivalents ne permet pas d’obtenir un semi-conducteur de type n, éliminons donc cette option.
De même, l’aluminium a trois électrons dans sa couche la plus externe, ce qui signifie qu’il n’est pas pentavalent. Nous devons donc également éliminer l’option (B).
Ensuite, nous pouvons voir qu’un atome de phosphore neutre a, en effet, cinq électrons dans sa couche la plus externe. Ainsi, le phosphore est un atome pentavalent. Donc, si nous utilisons du phosphore pour doper un semi-conducteur pur, il deviendra un semi-conducteur dopé de type n. L’option (C) doit être correcte.
Mais quand même, examinons le choix de réponse (D). Le schéma montre que le cuivre n’a qu’un seul électron occupant sa couche électronique la plus externe. Comme il n’est pas pentavalent, nous ne pouvons pas utiliser le cuivre comme dopant pour produire un semi-conducteur de type n. Donc (D) est incorrect.
Ainsi, nous pouvons être sûrs que l’option (C) est le bon choix. De tous les éléments énumérés ici, le phosphore est le seul qui peut être utilisé comme dopant pour donner un semi-conducteur de type n.
