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Vidéo question :: Comprendre ce que signifie «semi-conducteur de type n» Physique • Troisième année secondaire

Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement un semi-conducteur de type n? [A] Un semi-conducteur de type n est un matériau semi-conducteur qui a une charge nette négative. [B] Un semi-conducteur de type n 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. [C] Un semi-conducteur de type n 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. [D] Un semi-conducteur de type n est un semi-conducteur fabriqué à partir d’un élément de la période quatre du tableau périodique. [E] Un semi-conducteur de type n est un semi-conducteur constitué d’un élément de la période cinq du tableau périodique.

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Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement un semi-conducteur de type n? A) Un semi-conducteur de type n est un matériau semi-conducteur qui a une charge nette négative. B) Un semi-conducteur de type n 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. C) Un semi-conducteur de type n 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. D) Un semi-conducteur de type n est un semi-conducteur constitué d’un élément de la période quatre du tableau périodique. E) Un semi-conducteur de type n est un semi-conducteur constitué d’un élément de la période cinq du tableau périodique.

D’accord, donc dans cette question, nous essayons de savoir laquelle des options A à E décrit le mieux un semi-conducteur de type n. Commençons donc par rappeler ce qu’est réellement un semi-conducteur de type n. Pour cela, nous devons d’abord rappeler ce qu’est un semi-conducteur pur.

Un semi-conducteur est un matériau qui a une conductivité électrique meilleure que la conductivité électrique d’un isolant mais pas aussi bonne que la conductivité d’un conducteur. Le plus souvent, un matériau semi-conducteur pur est fabriqué à partir du silicium. Et c’est parce que chaque atome de silicium a quatre électrons dans sa couche la plus externe. Ainsi, chaque atome de silicium peut se lier à quatre autres atomes de silicium, ce qui donne maintenant huit électrons dans la couche externe.

Donc, si nous pensons à l’atome de silicium au centre de ce schéma que nous avons dessiné, quatre de ces électrons sont à l’origine de l’atome de silicium lui-même et les quatre autres électrons proviennent des quatre atomes de silicium liés. Chaque atome de silicium fournit un électron à chaque liaison.

Maintenant, ces liaisons du silicium ont comme résultat la formation d’un réseau, de sorte que chaque atome de silicium entouré de quatre autres atomes de silicium a la couche électronique externe complète. Ce ne sont que ceux sur les bords qui n’ont pas tout à fait des couches d’électrons complètes. Cependant, ce matériau s’étend sur des millions d’atomes de silicium dans toutes les directions. Et donc, la majorité des atomes de silicium ont des couches d’électrons externes complètes.

Donc, ce matériau est appelé un semi-conducteur pur. Cependant, si nous prenons l’un de ces atomes de silicium et que nous le remplaçons par un atome d’un autre élément, c’est là que les choses deviennent intéressantes.

Disons que nous prenons l’un de ces atomes de silicium et le remplaçons par un atome de phosphore. Le phosphore n’a pas quatre électrons dans sa couche externe, mais en a plutôt cinq. Donc, si nous remplaçons maintenant l’atome de silicium par un atome de phosphore, alors l’atome de phosphore se lie avec quatre atomes de silicium autour de lui. Mais alors, il a également l’électron supplémentaire dans sa couche externe, car il en avait initialement cinq dans sa couche externe.

Et il s’avère que cet électron supplémentaire doit aller à un niveau d’énergie supérieur parce que la couche externe ne peut pas avoir plus de huit électrons. Et ainsi, cet électron supplémentaire devient libre de se déplacer à l’intérieur du matériau. Et puisque les électrons sont des particules chargées, cet électron peut ensuite être utilisé pour rassembler un courant dans ce matériau.

Ainsi, chaque fois que nous remplaçons l’un des atomes de silicium par un atome de phosphore, par exemple, ou par n’importe quel atome comportant cinq électrons dans sa couche externe, cet atome donnera un électron au matériau. Ainsi, ces électrons supplémentaires augmentent en fait la conductivité de notre matériau. Et parce que les électrons sont chargés négativement et sont fournis par cet atome de remplacement, le semi-conducteur dans son ensemble est connu sous le nom de semi-conducteur de type n, ou type négatif.

Et il convient également de noter que chaque fois que nous remplaçons un atome de silicium par un autre atome, ce processus est appelé dopage. Et l’atome utilisé pour remplacer l’atome de silicium est connu comme le dopant. Mais de toute façon, le fait est qu’un semi-conducteur de type n est un semi-conducteur où il n’y a pas de silicium pur. Mais au lieu de cela, certains des atomes de silicium ont été remplacés par un autre atome qui a cinq électrons dans sa couche externe.

Maintenant, il est important de savoir que bien que l’atome de phosphore dans ce cas donne un électron à notre matériau, cela ne rend pas notre matériau négativement chargée. Parce que, rappelez-vous, bien que le phosphore ait cinq électrons dans sa couche externe, toutes ces charges électroniques sont équilibrées par les charges correspondantes dans le noyau de l’atome de phosphore. Et donc, bien qu’il y ait un excès d’électrons dans ce matériau, par rapport à ce qu’il y aurait si c’était juste du silicium pur, cela ne rend pas ce matériau négativement chargé. Parce que la charge supplémentaire est équilibrée par les protons dans le noyau de l’atome de phosphore.

Donc, sur la base de ces informations, examinons maintenant les réponses A à E et voyons laquelle répond le mieux à cette question. La réponse A dit qu’un semi-conducteur de type n est un matériau semi-conducteur qui porte une charge nette négative. Eh bien, nous venons de dire que ce n’est pas le cas. Le semi-conducteur est neutre. Et par conséquent, la réponse A n’est pas la réponse à notre question.

La réponse B dit qu’un semi-conducteur de type n est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté, de sorte qu’il y a plus d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur. Eh bien, c’est une très bonne description. Parce que le dopant, en fait, est l’impureté dont nous parlons. Et le dopant pour un semi-conducteur de type n fournit en effet plus d’électrons libres qu’il y en aurait dans un semi-conducteur pur. Donc, il semble que la réponse B soit la bonne réponse à notre question. Examinons rapidement les réponses C, D et E pour nous assurer qu’elles ne sont pas correctes également.

La réponse C dit qu’un semi-conducteur de type n est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté, de sorte qu’il y a moins d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur. Eh bien, ce n’est certainement pas le cas parce que, dans cette situation, nous avons plus d’électrons libres. Et un semi-conducteur avec moins d’électrons libres est en fait connu sous le nom de semi-conducteur de type p ou de type positif. Donc, la réponse C n’est pas ce que nous recherchons non plus.

La réponse D dit qu’un semi-conducteur de type n est un semi-conducteur fabriqué à partir d’un élément de la période quatre du tableau périodique. Eh bien, le silicium lui-même n’est pas dans la période quatre du tableau périodique. Et parfois, le dopant peut appartenir à la période quatre, mais ce n’est pas toujours le cas. La seule chose pertinente est que le matériau semi-conducteur d’origine, dans ce cas le silicium, contient quatre électrons dans sa couche externe. Et pour un semi-conducteur de type n, le matériau dopant contient cinq électrons dans sa couche externe.

Les deux réponses D et E, qui parlent des éléments de la période quatre ou de la période cinq du tableau périodique, ne sont donc pas des réponses pertinentes quand il s’agit de parler de semi-conducteurs de type n. Par conséquent, notre réponse finale est qu’un semi-conducteur de type n est un matériau semi-conducteur qui contient une impureté, de sorte qu’il y a plus d’électrons libres dans le matériau que dans le semi-conducteur pur.

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