Semiconducteurs, énergie et environnement : cours et applications

Auteur(s) :

Nguyen, Thien Phap (1950-....) Découvrir l'auteur

Résumé

Ce manuel présente un certain nombre de concepts : structure de bandes d'énergie, physique des semiconducteurs, jonction PN, contact métal-semiconducteur, semiconducteurs organiques, énergie et environnement, cellules solaires et énergie solaire, diodes électroluminescentes et économie d'énergie de l'éclairage, etc. ©Electre 2019

Éditeur(s)
- Ellipses
Date
- DL 2019
Notes
- Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (VIII-319 p.) : ill. ; 24 cm
Collections
- Collection Formations & techniques
Sujet(s)
ISBN
- 978-2-340-03303-0
Indice
- 539.4 Physique du solide, supraconducteurs, semi-conducteurs
Tables des matières
- - Semiconducteurs, énergie et environnement
  - Cours et applications
  - Thien-Phap Nguyen
  - ellipses
  - 1. Matière et matériaux1
  - 1.1 Structure atomique 1
  - 1.2 Energie d'ionisation, affinité électronique, masse atomique 3
  - 1.3 Liaisons des atomes 3
  - 1.3.1 Formation de molécules3
  - 1.3.2 Liaison covalente5
  - 1.3.3 Liaison ionique6
  - 1.3.4 Liaison métallique9
  - 1.3.5 Les liaisons secondaires ou faibles10
  - 1.3.6 Les liaisons mixtes11
  - 1.4 Les matériaux de l'électronique 13
  - 2. Les cristaux semiconducteurs15
  - 2.1 Notions de cristallographie 15
  - 2.1.1 Postulat de Bravais15
  - 2.1.2 Les réseaux cristallins16
  - 2.2 Le réseau réciproque 23
  - 2.2.1 Définition23
  - 2.2.2 Propriétés du réseau réciproque23
  - 2.3 Les cristaux réels 26
  - 2.3.1 Les défauts ponctuels (0D)26
  - 2.3.2 Défauts linéaires (1D) : dislocations27
  - 2.4 Elaboration des cristaux de semiconducteur 27
  - 2.5 Mesure des paramètres de maille des cristaux 29
  - 2.5.1 Diffraction des rayons X par un cristal parfait29
  - 2.5.2 Relation de Bragg32
  - 2.5.3 Méthode du cristal tournant33
  - 2.5.4 Méthode des poudres ou Debye-Scherrer35
  - 3. Les semiconducteurs37
  - 3.1 Electrons dans un solide cristallin 37
  - 3.1.1 Probabilité de présence de l'électron38
  - 3.1.2 Equation de Schrödinger38
  - 3.1.3 L'électron dans un cristal39
  - 3.1.4 Modèle de Kronig-Penney43
  - 3.2 Bandes d'énergie dans un cristal 49
  - 3.3. Propriétés dynamiques des électrons 51
  - 3.3.1 Energie et vecteur d'onde51
  - 3.3.2 Electrons dans la bande de conduction53
  - 3.3.3 Masse effective de l'électron54
  - 3.3.4 Notion de trous57
  - 3.3.5 Densité d'états d'énergie58
  - 3.3.6 Niveau de Fermi EF63
  - 3.4 Statistique des électrons dans un semiconducteur 64
  - 3.5 Etude des semiconducteurs intrinsèques 68
  - 3.5.1 Expressions des concentrations d'électrons et de trous69
  - 3.5.2 Détermination du niveau de Fermi intrinsèque71
  - 3.5.3 Concentrations intrinsèques d'électrons et de trous72
  - 3.6 Etude des semiconducteurs extrinsèques 76
  - 3.6.1 Dopage du silicium76
  - 3.6.2. Niveau de Fermi EF dans les semiconducteurs extrinsèques80
  - 3.6.3 Equation de neutralité électrique84
  - 3.7 Les semiconducteurs hors équilibre thermique 91
  - 3.7.1 Processus de recombinaison92
  - 3.7.2 Recombinaison directe93
  - 3.7.3 Recombinaison indirecte96
  - 3.8. Les quasi-niveaux de Fermi 101
  - 3.9 Choix et emplois des semiconducteurs 104
  - 4. Transport dans les semiconducteurs107
  - 4.1 Conduction par déplacement des charges 107
  - 4.1.1 Conduction électrique dans les métaux107
  - 4.1.2 Conduction électrique dans les semiconducteurs112
  - 4.1.3 Effet Hall115
  - 4.2 Diffusion des porteurs de charge 119
  - 4.2.1 Phénomène de diffusion119
  - 4.2.2 Courant d'électrons et courant de trous dans un semiconducteur120
  - 4.2.3 Relation d'Einstein121
  - 4.3. Conductivité électrique en température 122
  - 4.3.1 Semiconducteurs intrinsèques123
  - 4.3.2 Semiconducteurs extrinsèques123
  - 4.4 Equation de Boltzmann : forme générale 128
  - 4.5 Défauts et conductivité électrique 129
  - 4.5.1 Classifications129
  - 4.5.2 Défauts et conductivité électrique131
  - 4.5.3 Semiconducteur hors équilibre : équation de continuité134
  - 4.6 Mesure de la conductivité 136
  - 4.6.1 Méthode de deux pointes de test136
  - 4.6.2 Méthode de quatre pointes de test137
  - 5. Jonction a semiconducteur141
  - 5.1 Formation et processus de déplacement des charges 141
  - 5.1.1 Jonction PN en équilibre thermique141
  - 5.1.2 Potentiel électrique interne ou potentiel de diffusion V_bi143
  - 5.1.3 Caractéristiques électriques de la ZCE144
  - 5.2. Jonction PN sous tension 151
  - 5.2.1. Polarisation inverse de la jonction PN152
  - 5.2.2 Polarisation directe de la jonction PN155
  - 5.3 Modélisation de la jonction PN 164
  - 5.3.1 Résistance de diffusion164
  - 5.3.2 Circuit équivalent de la jonction PN polarisée165
  - 6. Contact metal-semiconducteur167
  - 6.1 Travail de sortie, affinité électronique et potentiel d'ionisation 167
  - 6.2 Jonction métal/semiconducteur en équilibre thermique 168
  - 6.2.1 Processus physique de la formation de la jonction168
  - 6.2.2 Contact métal/semiconducteur de type N169
  - 6.2.3 Contact métal/semiconducteur de type P172
  - 6.3 Jonction métal/semiconducteur polarisée 174
  - 6.3.1 Effet Schottky175
  - 6.3.2 Mécanismes de conduction176
  - 6.4 Influence des états de surface 181
  - 6.5 Mesure de la résistance de contact 184
  - 6.5.1 Méthode de deux contacts185
  - 6.5.2 Méthode de trois contacts186
  - 6.5.3 Méthode de quatre contacts ou méthode de Kelvin188
  - 7. Les semiconducteurs organiques189
  - 7.1 Les matériaux organiques semiconducteurs 189
  - 7.1.1 Quelques définitions de base189
  - 7.1.2. Caractère semiconducteur des matériaux organiques190
  - 7.1.3 Structure des matériaux organiques191
  - 7.1.4 Les méthodes de dépôt en films minces192
  - 7.1.5 Les matériaux organiques utilisés pour les composants électroniques193
  - 7.2 Propriétés optiques des semiconducteurs organiques 195
  - 7.2.1 Absorption de la lumière par le matériau organique195
  - 7.2.2 Diagramme de Perrin-Jablonski195
  - 7.2.3 Notion d'excitons196
  - 7.3 Propriétés électriques des semiconducteurs organiques 199
  - 7.3.1 Types de conduction200
  - 7.3.2 Mobilité et dépendance de la température201
  - 7.4 Matériaux composites à base de polymère 202
  - 7.4.1 Composites à matrice de polymère et à charges inorganiques203
  - 7.4.2 Composites à matrice de polymères et aux quantums dots inorganiques203
  - 7.4.3 Composites à matrice de polymère et aux polysilsesquioxanes204
  - 7.4.4 Composites à matrice de polymère et nanorods204
  - 7.5 Mesure de la mobilité des porteurs de charge 205
  - 7.5.1 Méthode SCLC205
  - 7.5.2 Méthode du temps de vol206
  - 7.5.3 Méthode de l'extraction des charges par une rampe de tension208
  - 8. Energie et environnement211
  - 8.1 Les sources d'énergie 212
  - 8.1.1. Les énergies d'origine fossile213
  - 8.1.2 L'énergie fissile ou nucléaire213
  - 8.1.3 Les énergies renouvelables214
  - 8.2 Les stratégies pour une exploitation intelligente des énergies 214
  - 8.3 Les énergies renouvelables 215
  - 8.3.1 L'énergie solaire215
  - 8.3.2 L'énergie éolienne216
  - 8.3.3 L'énergie hydraulique216
  - 8.3.4 L'énergie biomasse217
  - 8.4 Les matériaux et les technologies pour les énergies renouvelables 217
  - 9. Les cellules solaires219
  - 9.1 Les rayonnements solaires 220
  - 9.2 Principe de fonctionnement des cellules solaires 221
  - 9.2.1. Absorption des photons221
  - 9.2.2 Diffusion des excitons223
  - 9.2.3 Dissociation des charges223
  - 9.2.4 Transport des charges223
  - 9.2.5 Collecte des charges aux électrodes223
  - 9.3 Les cellules solaires à jonction PN 224
  - 9.3.1 Paramètres d'une cellule solaire225
  - 9.3.2 Matériaux pour l'absorbeur231
  - 9.3.3 Conclusion232
  - 9.4 Les cellules solaires organiques 234
  - 9.4.1 Excitons dans les semiconducteurs organiques235
  - 9.4.2 Optimisation des mécanismes237
  - 9.4.3 Matériaux pour l'absorbeur241
  - 9.4.4 Performances des cellules solaires organiques241
  - 9.5. Les cellules solaires à base de pérovskite 243
  - 9.6 Perspectives 246
  - 10. Les diodes electroluminescentes251
  - 10.1 Rappels d'optique 252
  - 10.1.1 Notions de photométrie252
  - 10.1.2 Notions de couleur252
  - 10.2 Principe de fonctionnement des diodes électroluminescentes 254
  - 10.3. Les LED inorganiques à jonction PN 255
  - 10.3.1 Principe de fonctionnement255
  - 10.3.2 Physique de l'émission de photons256
  - 10.3.3 Matériaux émetteurs262
  - 10.3.4 Extraction de la lumière émise264
  - 10.3.5 Rendements et performance268
  - 10.3.6 Stabilité des LED270
  - 10.4 Les LED organiques (OLED)273
  - 10.4.1 Principe de fonctionnement273
  - 10.4.2 Structure d'une OLED273
  - 10.4.3 Processus d'injection de charges274
  - 10.4.4 Processus de transport de charges276
  - 10.4.5 Processus de formation et de recombinaison des excitons279
  - 10.4.6 Processus d'émission de lumière - Couplage optique281
  - 10.4.7 Rendements282
  - 10.4.8 Les OLED blanches ou WOLED283
  - 10.4.9 Stabilité des OLED287
  - 11. Les photocatalyseurs289
  - 11.1 Principe de fonctionnement des photocatalyseurs 289
  - 11.1.1 Diffusion et adsorption des réactifs sur la surface du catalyseur290
  - 11.1.2 Absorption des photons290
  - 11.1.3 Réactions entre les réactifs290
  - 11.1.4 Désorption des produits de réaction291
  - 11.2 Matériaux pour photocatalyseur292
  - 11.2.1 Qualités requises des photocatalyseurs292
  - 11.2.2 Le dioxyde de titane TiO₂292
  - 11.2.3 L'oxyde de zinc ZnO293
  - 11.3 Optimisation des réactions photocatalytiques 293
  - 11.3.1 Approches pour améliorer l'absorption optique293
  - 11.3.2 Approches pour améliorer le transport électrique et la séparation des porteurs de charge296
  - 11.3.3 Approches pour améliorer le contact photocatalyseur/réactifs297
  - 11.4 Les applications de la photocatalyse 298
  - 11.4.1 Purification de l'air298
  - 11.4.2 Purification de l'eau298
  - 11.4.3 Quelques polluants usuels299
  - 11.5 Mesures des performances photocatalytiques300
  - 11.5.1 Facteurs affectant la photoréactivité du catalyseur300
  - 11.5.2 Forme des matériaux catalyseurs301
  - 11.5.3 Evaluation de performance photocatalytique301
  - 11.6. Perspectives 304
  - Annexe 1305
  - Constantes physiques305
  - Paramètres des semiconducteurs usuels à T = 300K305
  - Annexe 2307
  - Liste des acronymes307
  - Annexe 3309
  - Références309
  - Index315
Origine de la notice:
- FR-751131015 ;
- Electre