Introduction à la physique des semi-conducteurs
Jérôme Faist
Institut de physique, Université de Neuchâtel
Neuchâtel, mai 2001
Contents
List of Figures
List of Tables
Liste des grandeurs et des variables utilisées
1 Structure des semi-conducteurs
1 Cristal, périodicité
2 Réseaux de Bravais
3 Cellule primitive de Wigner-Seitz
4 Symétrie des cristaux
5 Structure des semi-conducteurs usuels
6 Réseau réciproque, zone de Brillouin
1 Cas unidimensionnel
2 Réseau réciproque en trois dimensions
3 Zone de Brillouin
2 Propriétés électroniques d'un semi-conducteur homogène
1 Introduction
2 Réflexion de Bragg, analogie avec l'optique
3 Généralisation, électron dans un potentiel faiblement modulé
4 Forme des fonctions d'onde, théorème de Bloch
1 Preuve du théorème de Bloch
2 Autre preuve dans le cas unidimensionnel
3 Conséquences du théorème de Bloch
5 Formation d'une bande à l'aide d'états isolés
6 Lien avec la structure de bande des solides
1 Métal
2 Semi-conducteurs et isolants
3 Semi-conducteurs de type IV (Si,Ge) ou III-V
4 Semi-conducteurs III-V (GaAs, InP, ..)
7 Les extrema de bande: approximation de la masse effective
1 Application: bande cosinusoïdale
2 Masse effective: lien avec l'électron peu perturbé
8 La densité d'états pour un électron libre
1 Cas des systèmes bidimensionnels
2 Cas unidimensionnel
3 Cas zéro-dimensionnel
9 Approximation semi-classique: l'électron et le trou
1 Définition du trou
3 Statistique des semi-conducteurs
1 Principe d'exclusion de Pauli, statistique de Fermi-Dirac
1 Limite classique
2 Semi-conducteur intrinsèque
1 Justification de
par un argument cinétique
2 Position du niveau de Fermi
3 Impuretés, dopage
1 Les dopants peu profonds
4 Densité de porteurs dans un semi-conducteur dopé
1 Approximation des impuretés complètement ionisées
2 Ionisation partielle d'un donneur
3 Probabilité d'occupation pour un donneur
4 Densité des trous
5 Régime de compensation
6 Impuretés profondes, matériaux semi-isolants
4 Transport dans les semi-conducteurs
1 Modèle de Drude de la conduction
1 Mobilité
2 Transport diffusif
1 Exemples
3 Equation de transport de Boltzman
4 Caractérisation des semi-conducteurs - résistivité, effet Hall
1 Mobilité des semi-conducteurs
2 Tendances générales
5 Transport sous haut champ électrique
5 Dispositifs classiques
1 La jonction p-n
1 Transport dans une jonction p-n
2 Dérivation plus rigoureuse
2 Barrière Shottky
3 Transistor à jonction
1 Transistor à hétérojonction
4 Les transistors à effet de champ
6 Dispositifs optoélectroniques et quantiques
1 Emission de la lumière interbande
1 Longueur d'onde
2 Diode lumineuse
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par un argument cinétique