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Electrons délocalisés dans les solides la couleur
des matériaux semi-conducteurs
Jacques Livage
Collège de France
www.ccr.jussieu.fr/lcmc
rubrique  cours du Collège de France 
2
1. Modèle de lélectron libre - 1D
puits de potentiel infini
3
(No Transcript)
4
Bande dénergie
5
5
Fonctions donde du puits de potentiel infini
6
2. Modèle des électrons quasi-libres - 1D
Périodicité du cristal a
a
7
Zones de Brillouin
Double quantification
L gtgt a
8
double quantification de lénergie
bande dénergie
L gtgt a
9
représentation réduite dans la 1zone de Brillouin
représentation développée
10
10
Succession de bandes dénergie séparées par des
bandes dénergie interdite
La position des zones de Brillouin est liée à la
structure du matériau
modèle à 3 D
zone de Brillouin surface dans lespace
réciproque
11
Des orbitales moléculaires aux bandes dénergie
12
Aromatiques - cercle de Frost
n 0, 1, 2, N/2
(b S)
13
Bande d énergie
Largeur de bande DE 4b
Hfjgt Ejfjgt
b S
b ltfiHfjgt Ej ltfifjgt EjSij
14
(No Transcript)
15
15
16
Des orbitales moléculaires aux bandes dénergie
17
Isolants, métaux et semi-conducteurs
Remplissage progressif des bandes jusquau
niveau de Fermi
Électrons excités thermiquement dans la bande de
conduction
18
20
19
Le gap diminue quand on descend dans le tableau
périodique
le recouvrement des O.A. augmente 2p - 3p - 4p ...
20
Semiconducteurs binaires
21
La couleur des semi-conducteurs
1 Transitions au sein de la bande de
conduction 2 Impuretés dans la bande interdite
(SC extrinsèques) 3 Transferts de bande à bande
(SC intrinsèques)
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1. Transitions au sein de la bande de conduction
Les électrons excités dans la bande de conduction
retombent dans le bas de la bande en émettant un
rayonnement
éclat métallique des semi-conducteurs à faible gap
Eg kT
23
25
2. Couleurs dues à des impuretés
(semi-conducteurs extrinsèques)
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Diamant jaune
C 12 e N 13 e
Impureté N
niveau donneur
25
Diamant bleu Hope
C 12 e B 11 e
Impureté B
niveau accepteur
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3. Transitions de bande à bande
La couleur dun semi-conducteur intrinsèque est
liée à la largeur du gap
Cinabre (HgS) - Eg 2 eV
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CdS- CdSe
même structure wurtzite
1 eV
3 eV
CdSe
CdS
CdS1-xSex
DE 2,6 eV
DE 1,6 eV
jaune
noir
28
30
Sulfo-séléniures de cadmium
29
S Se
Zn Cd
30
Transitions de bande à bande transferts de
charge
PbMoO4
1 eV
3 eV
1 eV
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Transitions de bande à bande
front dabsorption ? bande dabsorption
32
35
absorbé
transmis
33
Analogie avec une corde vibrante
Longue chaîne absorption continue au-delà de hn0
34
Couleur des semi-conducteurs
35
(No Transcript)
36
40
Coloration aux polysulfures
verres ambre
traitements thermiques Sn
La longueur des chaînes Sn donc la
couleur dépend du traitement thermique
Protection contre les UV
37
(No Transcript)