conducteurs semi-conducteurs -...

Thme : Les matriaux Chap. 2 Structure et proprits des matriaux

Conducteurs, Semi-conducteurs, Supraconducteurs 1

CONDUCTEURS SEMI-CONDUCTEURS - SUPRACONDUCTEUR

Mots-clefs : Conducteur, Semi-conducteur, Supraconducteur

Contexte du sujet :

Les semi-conducteurs (largement utiliss en lectronique dans les composants tels que les diodes, les DELs,

les transistors, les photorsistances) sont des matriaux qui ont une conductivit lectrique intermdiaire

entre celle des isolants et celle des conducteurs. Comment expliquer ces diffrences de conductivit entre

conducteurs, semi-conducteurs et supraconducteurs ?

PARTIE A : ANALYSE ET SYNTHESE DE DOCUMENTS SCIENTIFIQUES (dure conseille : 60 min)

Document 1 : Conducteurs et isolants

Un conducteur est un corps qui permet le passage dun courant lectrique lorsquon impose une tension

entre ses bornes. Ce passage est assur, dans les solides, par les lectrons libres.

Un conducteur possde plus de 1022 lectrons libres par cm3 permettant la conduction. Sa rsistivit

(caractrisant la capacit dun matriau sopposer la circulation du courant lectrique) est donc

trs faible : 10-8 .m.

Dans un isolant, les lectrons libres sont trs peu nombreux et la rsistivit est leve : > 106 .m.

Entre les deux se trouvent les semi-conducteurs. Le faible nombre dlectrons libres temprature

ambiance augmente assez rapidement avec la temprature entranant une rapide variation de la

conductivit du matriau de 10-5 10 .m.

Document 2 : Bandes dnergie

Dans un atome, lnergie dun lectron est quantifie : elle ne peut prendre que des valeurs

dtermines appeles niveaux dnergie. Dans un solide, les niveaux dnergie relatifs chacun des

atomes qui le constituent, sont proches les uns des autres et forment des bandes dnergie.

Dans leur tat fondamental, les lectrons remplissent compltement les bandes de faible nergie.

Seule la dernire contenant des lectrons peut ntre que partiellement remplie : on lappelle bande de

valence (BV).

Grce une excitation extrieure (agitation thermique, photon), des lectrons de la bande de valence

peuvent passer dans une bande dnergie suprieure appele bande de conduction (BC). Leur grande

nergie leur permet de sextraire de la structure ordonnes et ils deviennent alors mobiles (ou libre)

et peuvent participer la conduction du courant lectrique.

lintrieur des bandes

dnergie, la diffrence

entre des niveaux

successifs est si faible

que lon peut considrer

que lnergie varie de

faon continue.



Le comportement lectrique des conducteurs, des semi-conducteurs et des isolants est modlis par

la thorie des bandes nergtiques. Selon ce modle, les niveaux dnergie des lectrons des atomes

dune structure cristalline forment des bandes dnergie appeles bandes permises. Les bandes

responsables des proprits conductrices sont la bande de valence (BV) et la bande de conduction

(BC). Les nergies comprises entre deux bandes permises constituent une bande interdite (BI). Seuls

les lectrons de plus hautes nergies, prsents dans la bande de conduction, peuvent se dtacher de

la structure cristalline et participer la conduction du courant lectrique. Pour les conducteurs, les

bandes de valence et de conduction se chevauchent. Ainsi, certains lectrons sont libres dvoluer

dans la structure cristalline (cas des mtaux). En revanche, pour les semi-conducteurs et les isolants,

les bandes de valence et de conduction sont spares par une bande interdite. La diffrence entre

semi-conducteur et isolant est due la valeur Eg de cette bande interdite, Eg 1 eV pour les semi-

conducteurs et Eg 6 eV pour les isolants. Daprs J.-P. PEREZ et coll., lectromagntisme Vide et milieux matriels , Masson, 1991.

Document 3 : Dopage dun semi-conducteur

Un rseau monocristallin datomes de silicium, Si, est un semi-conducteur. Latome de silicium ayant

quatre lectrons de valence, il tablit quatre liaisons covalentes avec quatre atomes voisins. Un semi-

conducteur au silicium a une conductivit quasi nulle. Afin

daugmenter sa conductivit, on insre dans la structure

cristalline des atomes dautres lments, appels dopants.

Pour un semi-conducteur au silicium dop au phosphore, un

atome de phosphore, P, remplace un atome de silicium dans le

rseau. Latome P ayant cinq lectrons de valence, il forme

quatre liaisons covalentes avec des atomes de silicium voisins ;

il reste un lectron libre qui peut participer la conduction

lectrique. Latome de phosphore tant donneur dlectron, on

parle de dopage de type n (n pour ngatif).

Par un raisonnement analogue, un atome dopant possdant trois

lectrons de valence, comme le bore, B, conduit un dficit

dlectron de valence dans le rseau, appel trou. Ce trou peut

tre combl par un lectron de valence dun atome de silicium

voisin, dplaant ainsi le trou. Latome de bore tant accepteur

dlectron, on parle de dopage de type p (p pour positif).

Les lments dopants gnrent des

niveaux dnergies dans la bande

interdite.

Ces niveaux sont proches des bandes

de valence ou de conduction.

Daprs J.-P. PEREZ et coll., lectromagntisme Vide et milieux matriels , Masson, 1991.



Document 4 : Des matriaux sans rsistance lectrique.

Les lectrons sont responsables de la circulation du courant lectrique dans les matriaux

conducteurs. Lors de leurs dplacements, les lectrons subissent de nombreux chocs qui les

ralentissent. On appelle rsistance lectrique la proprit dun matriau ralentir le passage du

courant lectrique. Cette rsistance provoque un chauffement du matriau par effet Joule (grille-

pain, ampoule lectrique filament, etc.).

En 1911, H. KAMERLINGH ONNES tudie la rsistance lectrique

du mercure trs basse temprature. Il dcouvre quen dessous

dune certaine temprature (frisant le zro absolu), appele

temprature critique, Tc, la rsistance du mercure sannule

(schma ci-contre). Il nomme ce phnomne supraconductivit .

La supraconductivit tait ne et semblait concerner de nombreux

mtaux et alliages [...].

Pour expliquer le phnomne, nul besoin de faire appel une

transformation du matriau induite par le froid. La

supraconductivit trouve son origine dans le comportement des

lectrons de la matire et, pour la comprendre, il faut avoir

recours la physique quantique. Au fil des ans, les recherches

vont rvler bien d'autres proprits surprenantes. En particulier,

supraconductivit et magntisme ne font pas bon mnage : un supraconducteur exclut tout champ

magntique que l'on veut lui imposer de l'extrieur. C'est l'effet Meissner, du nom de son dcouvreur.

C'est d'ailleurs cette capacit qui fait qu'un supraconducteur est tout autre chose qu'un simple

conducteur idal , rappelle Georges Waysand, du Laboratoire souterrain bas bruit de Rustrel-Pays

d'Apt.

Mathieu Grousson, extrait de l'article Une rvolution qui venait du froid, paru dans lenqute La supraconductivit prend son envol - Journal du CNRS n- 255, avril 2011

Document 5 : La supraconductivit, comment a marche ? (mme source)

Pour quun mtal devienne supraconducteur, il faut quil soit soumis des tempratures approchant le

zro absolu cest--dire o Kelvin (K), soit 273,15 C. Dans lavenir, les chercheurs esprent

laborer des supraconducteurs temprature ambiante, qui ne ncessiteraient plus de systmes de

rfrigration, coteux et encombrants. Dores et dj, des matriaux, qui ne sont pas des mtaux,

pouvant tre supraconducteurs quelques dizaines de kelvin, ont t dcouverts : en 1986, la

dcouverte dun oxyde mixte de baryum, de lanthane et de cuivre (LaBaCuO) devenant

supraconducteur 35 K lance la course aux hautes tempratures, ce qui a permis de dcouvrir un

supraconducteur dont la temprature critique est de 164 K.



Document 6 : Applications de la supraconductivit

Labsence totale de rsistance lectrique dun supraconducteur parcouru par un courant est la

proprit la plus connue. La ralisation dlectro-aimants supraconducteurs constitue lapplication la

plus courante de la supraconductivit. La supraconductivit a de nombreuses applications possibles

dans le domaine de l'nergie (Fig.1), des transports (Fig.2), de la sant (Fig.3), de la

tlcommunication ou de la recherche.

fig.1

Lutilisation des

supraconducteurs

permettrait dviter les

pertes par Effet joule

Fig.2

Le train sustentation

magntique a atteint une

vitesse record de 581 km.h1

(le train lvite : il ny a plus de

frottement)

Fig. 3

Les appareils IRM (Imagerie

par Rsonance Magntique) pour

lesquels des champs

magntiques de plusieurs teslas

sont produits grce des

solnodes supraconducteurs.

Les appareils RMN utilisent

aussi la supraconductivit.

http://www.google.fr/imgres?imgurl=http://www.kysteovaire.com/img/IRM.jpg&imgrefurl=http://www.kysteovaire.com/irm.html&h=1916&w=2560&sz=727&tbnid=QYryuk99Ku_XoM:&tbnh=98&tbnw=131&zoom=1&usg=__CAiN_TkVUBp8k6n8DnYsrQf-p8I=&docid=L-7dVUmmRbz_oM&sa=X&ei=kPEQUt_JKoK_0QXGwYGIDQ&sqi=2&ved=0CFQQ9QEwAw&dur=1299



Un aimant (le cube mtallis gris sur laffiche ci-contre) cre autour de

lui un champ magntique qui traverse tout matriau non magntique,

comme la pastille circulaire. basse temprature (T TC ?

13. A quelle condition certains matriaux peuvent-ils devenir supraconducteurs ?

14. Au niveau lectrique, par quoi se traduit le phnomne de supraconductivit ?

15. Au niveau magntique, de quoi saccompagne ce phnomne ?

16. Quel est le principal avantage de la supraconductivit ?

17. Quel en est le principal inconvnient ?

18. Bilan : Rappeler les principales proprits dun matriau supraconducteur, les avantages et les

inconvnients et citer des applications.

http://www.youtube.com/watch?v=zDOlKllbW2M



PARTIE B : PARTIE EXPERIMENTALE : CARACTRISTIQUE DUNE DIODE (Dure conseille : 1 h)

Une diode est un composant semi-conducteurs trs utilis en lectronique. Quelle est la

caractristique dune diode au silicium ? Comment relier ses proprits sa structure ?

I - Caractristique dune diode

Une diode est un composant dont le symbole est :

Proposer un montage permettant de tracer la caractristique I = f (UD) dune diode

Matriel

une diode lectroluminescente de tension de seuil UD(seuil) = 1,6 V

une diode au silicium et ou diode au germanium

deux multimtres (1 voltmtre et 1 ampremtre)

Un conducteur ohmique de rsistance R = 100

Un gnrateur de tension continue rglable

Raliser le montage du document 1.

Rgler lampremtre pour quil mesure lintensit

I en milliampre (mA) puis le voltmtre pour quil

mesure la tension UD aux bornes de la diode, en

volt (V)

Faire varier la tension UPN entre les valeurs 3,0 V

et +6,0 V, et relever pour chaque tension les valeurs

de la tension UD aux bornes de la diode et de

lintensit I qui la traverse.

Les valeurs ngatives de la tension UPN sont obtenues en inversant les branchements aux bornes du

gnrateur.

Les valeurs seront reportes dans Regressi afin de tracer le graphe I = f(UD) sur un tableur et

limprimer

Analyse et interprtation : A partir des diffrentes observations, rpondre aux questions

1. Dcrire lallure du graphe I = f(UD). Indiquer sur quelle partie de la caractristique, la diode :

a. conduit le courant lectrique (diode passante)

b. bloque le courant lectrique (diode bloque).

2. Le graphe prcdent peut tre modlis par deux droites perpendiculaires. Les reprsenter sur le

graphe. A partir de cette modlisation, dterminer graphiquement la tension de seuil de la diode,

note US, tension pour laquelle la diode devient passante.

3. Choisir une valeur de UPN pour laquelle la diode est passante. Inverser le sens de branchement de la

diode. Quobserve-t-on ?

4. La diode nest pas un diple symtrique. Justifier cette affirmation.

Doc. 1 Schmatisation du montage



II - Fonctionnement interne dune diode

Une diode est forme par la mise en contact de deux semi-

conducteurs, lun dop n, lautre dop p. La zone de contact

est appele jonction (doc. 2). Le semi-conducteur dop n

conduit le courant par saut dlectrons , les charges

ngatives sont schmatises par . Le semi-conducteur dop

p conduit le courant par saut de trous . Les trous sont

assimilables des charges positives schmatises par .

Lorsquon applique une tension lectrique aux bornes de la

diode, les lectrons et les trous migrent en sens inverses.

Selon la polarisation choisie, les porteurs de charges migrent

vers la jonction ou sen loignent.

Dans le premier cas, soit un lectron comble un trou, soit les porteurs de charges traversent

lautre semi-conducteur jusqu atteindre llectrode oppose. Dans le second cas, la jonction est

dpeuple de porteurs de charges.

Analyse et synthse : A partir des diffrents documents, rpondre aux questions

5. Quel est le sens conventionnel de circulation du courant lectrique I ? Quel est celui des

lectrons ?

6. Sur les schmas du doc. 2, justifier le sens de dplacement des porteurs de charges (trous et

lectrons).

7. Une diode peut tre passante ou bloque. Associer, chacun des deux tats de la diode, lun des

schmas.

8. Reproduire le schma ci-contre ; indiquer le sens du courant lectrique I pour que la diode soit

passante et complter les pointills.

9. Justifier les termes anode et cathode par analogie avec loxydorduction en chimie

Doc. 2 : Dplacement des lectrons et

des trous



CORRECTION

PARTIE A : ANALYSE ET SYNTHESE DE DOCUMENTS SCIENTIFIQUES (dure conseille : 60 min)

Analyse et synthse : A partir des diffrents documents, rpondre aux questions

1. Quelle relation existe-t-il entre rsistivit et conductivit dun matriau ? Expliquer

brivement pourquoi.

Plus un matriau est conducteur, plus sa rsistivit est faible. (Doc. 1 et Doc. 4)

Explication : La conductivit lectrique est due un dplacement dlectrons libres dans le mtal. Les

lectrons peuvent plus ou moins rentrer en collision avec les atomes du mtal lors de leur dplacement

en fonction de lagitation des atomes.

Plus le nombre de chocs est lev, plus le dplacement des lectrons est difficile donc plus la

conductivit est faible. Le matriau rsiste au passage du courant donc sa rsistivit est plus

importante.

Pour infos :

La rsistivit d'un matriau, gnralement symbolise par la lettre grecque rho (), reprsente sa

capacit s'opposer la circulation du courant lectrique. Elle correspond la rsistance d'un

tronon de matriau de 1 m de longueur et de 1 m2 de section et est exprime en ohmmtre (.m). On

utilise aussi :

le .mm2/m = 10-6 .m ;

le .cm = 10-8 .m.

2. Comment justifier, dun point de vue microscopique, que la rsistance des mtaux augmente

lorsque la temprature crot ?

La rsistance lectrique dun matriau est lie aux chocs que les lectrons subissent lors de leurs

dplacements dans les matriaux conducteurs.

Lorsque la temprature crot, les atomes du mtal vont vibrer de plus en plus et la vitesse des

lectrons va augmenter ; ainsi le nombre de chocs des lectrons par unit de temps va crotre : la

rsistance du matriau (ou la rsistivit du matriau) augmente donc avec la temprature et sa

conductivit diminue.

La temprature augmente le nombre de collision donc la conductivit dcroit et la rsistivit

augmente pour les conducteurs. (Doc. 4)

Pour infos :

L'volution de la rsistivit avec la temprature dpend du matriau :

Pour les mtaux, la temprature ambiante, elle croit linairement avec la temprature. Cet

effet est utilis pour la mesure de temprature (sonde Pt 100)

Pour les semi-conducteurs, elle dcrot avec la temprature, la rsistivit peut aussi dpendre

de la quantit de rayonnement (lumire visible, infrarouge, etc.), absorb par le composant

La rsistance R (en ohms) d'une pice rectiligne d'un matriau de rsistivit , de longueur L

(en mtres) et de section droite d'aire S (en mtres carrs) vaut donc : .

http://fr.wikipedia.org/wiki/Alphabet_grechttp://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_%C3%A9lectriquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9sistance_(%C3%A9lectricit%C3%A9)http://fr.wikipedia.org/wiki/Ohm_(unit%C3%A9)http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8trehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre_%C3%A0_r%C3%A9sistance_de_platinehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Semi-conducteurhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3%A9raturehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnementhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Infrarougehttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9sistance_(%C3%A9lectricit%C3%A9)



La rsistivit est la grandeur inverse de la conductivit (symbole : ) :

La rsistance est la grandeur inverse de la conductance lectrique (symbole : ).

Conductance : G = 1 / R (en Siemens (S)) Conductivit lectrique : = 1 / (S.m)

La rsistivit varie de 1,7.10-8 .m pour le cuivre 1016 .m pour du quartz fondu 300K

Fig 1 : Rsistivit en fonction de la temprature T pour le cuivre, le plomb et le germanium

3. En utilisant la thorie des bandes, expliquer la conductivit lectrique leve des mtaux.

Pour les conducteurs, les bandes de valence et de conduction se chevauchent. Ainsi, certains lectrons

sont libres de se dplacer dans la structure cristalline des mtaux, ce qui explique leur grande

conductivit lectrique. (Doc. 2)

4. Dans la thorie des bandes, quest-ce qui diffrencie un semi-conducteur dun isolant ?

La bande interdite dun isolant est plus large que celle dun semi-conducteur. Le gap nergtique Eg

est de lordre de 1 eV pour les semi-conducteurs est de lordre de 6 eV pour les isolants.

Remarque : Il est impossible de donner suffisamment dnergie un lectron dun isolant pour quil

puisse franchir cette bande interdite. (Doc. 2)

5. Pourquoi un semi-conducteur constitu dun monocristal de silicium a-t-il une conductivit quasi

nulle ?

Latome de silicium a quatre lectrons de valence ; il tablit quatre liaisons avec quatre atomes de

silicium voisins. Tous les lectrons de valence participant des liaisons, il nexiste pas dlectrons

libres. La conductivit dun monocristal de silicium est donc quasi-nulle. (Doc. 3)

6. Les principaux semi-conducteurs sont constitus de rseaux cristallins datomes de silicium, Si,

ou de germanium, Ge. Que peut-on dire de leurs positions dans la classification de Mendeleev ?

O sont situs les mtaux ?

Les lments Si et Ge sont situs dans la mme

colonne (colonne 14), ils ont des proprits

physico-chimiques similaires.

Les mtaux sont situs essentiellement dans les

colonnes 1 13.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Conductivit%C3%A9_%C3%A9lectriquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Conductance_%C3%A9lectrique



7. Rechercher, dans la classification, dautres lments que le bore ou le phosphore pouvant

assurer un dopage de type p ou de type n

Les lments, autre que le bore B, pouvant assurer un dopage de type p sont ceux de la colonne 13 :

aluminium Al, galium Ga, etc.

Les lments, autre que le phosphore P, pouvant assurer un dopage de type n sont ceux de la colonne

15 : arsenic As, antimoine Sb, etc.

8. A temprature ambiante, lnergie dagitation thermique est denviron 25 meV. Pourquoi,

temprature ambiante, un semi-conducteur dop peut-il conduire le courant lectrique ?

Lnergie dagitation thermique temprature ambiante (25 meV) est suffisante pour permettre un

semi-conducteur dop de conduire le courant lectrique.

Pour les semi-conducteurs, laugmentation de la temprature permet aux lectrons de gagner de

lnergie et de pouvoir franchir la bande interdite et ainsi passer dans la bande de conduction.

En effet, pour un semi-conducteur, les lectrons libres de llment doivent franchir une barrire

nergtique de lordre de 10 meV pour parvenir la bande de conduction.

9. Quappelle-t-on le zro absolu ?

Le zro absolu est la temprature la plus basse qui puisse exister, mais elle est inaccessible du fait de

proprits quantiques. Elle vaut - 273,15 C, - 459,67 F (Fahrenheit), 0 K (kelvin).

0 K, une substance ne contient plus l'chelle macroscopique l'nergie thermique (ou chaleur)

ncessaire l'occupation de plusieurs niveaux nergtiques microscopiques. Les particules qui la

composent (atomes, molcules) sont toutes dans le mme tat d'nergie minimale (tat fondamental).

10. Exprimer, en degr Celsius, la valeur de la temprature critique TC du mercure.

Donne: T(K)= t(C) + 273,15.

Sur le graphe, on lit Tc = 4,20 K, soit tc = Tc 273,15 = 4,20 273,15 = - 268,95 C

11. Comment, au dbut du XXme sicle, H. KAMERLINGH ONNES a-t-il pu atteindre une

temprature aussi basse pour refroidir le mercure ?

Au dbut du XXme sicle, il a pu atteindre une temprature de 0,9 K, soit 272,15 C, en liqufiant

de lhlium, en juillet 1908.

12. Comment varie la rsistance du mercure avec la temprature lorsque T < TC et T > TC ?

Pour T > Tc, la rsistance du mercure augmente avec la temprature.

Pour T < Tc, la rsistance du mercure est nulle : le mercure est alors supraconducteur.

13. A quelle condition certains matriaux peuvent-ils devenir supraconducteurs ?

Les matriaux peuvent devenir supraconducteurs des tempratures proches du zro absolu.

Remarque : Trois des meilleurs conducteurs temprature ambiante, le cuivre, lor et largent, ne

prsentent aucune proprit supraconductrice, et des matriaux normalement isolants pouvaient

devenir supraconducteurs.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3%A9raturehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Fahrenheithttp://fr.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Atomehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cule



14. Au niveau lectrique, par quoi se traduit le phnomne de supraconductivit ?

Au niveau lectrique, la supraconductivit se traduit par une rsistance nulle au courant lectrique.

15. Au niveau magntique, de quoi saccompagne ce phnomne ?

Au niveau magntique, le phnomne saccompagne dune exclusion de tout champ magntique. (effet

Meissner).

16. Quel est le principal avantage de la supraconductivit ?

Le principal avantage est dviter les pertes par effet Joule.

17. Quel en est le principal inconvnient ?

Le principal inconvnient est que le phnomne de supraconductivit ncessite de travailler de trs

faibles tempratures et donc dutiliser des systmes de rfrigrations.

18. Bilan : Rappeler les principales proprits dun matriau supraconducteur, les avantages et les

inconvnients et citer des applications.

Un matriau supraconducteur a une rsistance lectrique nulle en dessous dune certaine temprature

critique. Le courant lectrique peut donc y circuler sans aucune rsistance et il ne provoque aucun

chauffement.

Les supraconducteurs expulsent galement tout champ magntique vers lextrieur. Ils ont pour effet

de faire lviter les aimants.

La supraconduction est utilise :

pour les cbles qui ne prsentent donc aucune rsistivit au passage du courant lectrique ;

dans les appareils mdicaux (RMN et IRM) afin de pouvoir transporter de forts courant

lectrique sans perte par effet Joule et ainsi alimenter des lectro-aimants qui produiront

dimportants champs magntiques indispensables pour ces appareils mdicaux ;

dans les transports : train sustentation magntique.

La ralisation dlectro-aimants supraconducteurs constitue lapplication la plus courante de la

supraconductivit.

PARTIE B : PARTIE EXPERIMENTALE : CARACTRISTIQUE DUNE DIODE (Dure conseille : 1 h)

I - Caractristique dune diode au silicium

1. Dcrire lallure du graphe I = f(UD). Indiquer sur quelle partie de la caractristique, la diode :

a. conduit le courant lectrique (diode passante)

b. bloque le courant lectrique (diode bloque).

Le graphe I = f (UD) prsente deux parties principales :

a. pour UD < 0,5 V environ, I = 0 mA ; la diode ne

conduit pas le courant lectrique (diode bloque) ;

b. pour UD > 0,5 V environ, lintensit I est non nulle ; la

diode conduit le courant lectrique (diode passante.



2. Le graphe prcdent peut tre modlis par deux droites perpendiculaires. Les reprsenter sur le

graphe. A partir de cette modlisation, dterminer graphiquement la tension de seuil de la diode,

note US, tension pour laquelle la diode devient passante.

Lorsque la diode devient passante, la tension de seuil US aux bornes de la diode est de lordre 0,7 V.

3. Choisir une valeur de UPN pour laquelle la diode est passante. Inverser le sens de branchement de la

diode. Quobserve-t-on ?

Lorsquon inverse le sens de branchement dune diode passante, celle-ci devient bloque. Plus aucun

courant ne circule.

4. La diode nest pas un diple symtrique. Justifier cette affirmation.

Le sens de branchement de la diode a une importance : La diode nest donc pas un diple symtrique,

contrairement un conducteur ohmique, par exemple.

5. Quel est le sens conventionnel de circulation du courant lectrique I ? Quel est celui des

lectrons ?

lextrieur dun gnrateur, le courant circule conventionnellement de la borne positive vers la borne

ngative du gnrateur. Les lectrons circulent dans le sens oppos.

6. Sur les schmas du doc. 2, justifier le sens de dplacement des porteurs de charges (trous et

lectrons).

Les lectrons, chargs ngativement, se dplacent vers la borne positive du gnrateur et les trous,

chargs positivement, se dplacent vers la borne ngative du gnrateur.

7. Une diode peut tre passante ou bloque. Associer, chacun des deux tats de la diode, lun des

schmas.

8. Reproduire le schma ci-contre ; indiquer le sens du courant

lectrique I pour que la diode soit passante et complter les

pointills.

9. Justifier les termes anode et cathode par analogie avec loxydorduction en chimie

En chimie :

lanode a lieu une oxydation, donc une libration dlectrons ;

la cathode a lieu une rduction, donc une consommation dlectrons.

Au niveau de la diode, les lectrons :

quittent le domaine dop p, donc lanode, par analogie avec loxydorduction en chimie ;

arrivent sur le domaine dop n, donc la cathode, par analogie avec loxydorduction en chimie.

conducteurs semi-conducteurs -...

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