Recherche avancée
Catalogues >> 2ème année
Responsables :

BINET Laurent
  
GOURIER Didier
  

Equipe Pédagogique :
LOISEAU Pascal
WIAME Frédéric
Loïc JOURNEL
Frederic MENTINK-VIGIER

Niveau : Graduate

Langue du cours : Français

Période : Automne

Erreur: 'Nombre d\'heures' introuvable ! : 28

Crédits ECTS : 2
PES21 Propriétés électroniques des solides : du macro au nano
Ce cours a pour objectif de décrire la structure électronique des solides et les principales propriétés et applications qui en découlent, avec un aperçu des développement actuels dans le domaine des nanosciences.

Dans une première partie il introduit les notions de base sur les structures de bandes électroniques des solides et montre comment ces notions expliquent les grandes familles de propriétés, électriques, optiques et chimiques des solides et en particulier des métaux.
Dans une deuxième partie, le cours se focalise sur une classe importante de matériaux, les semiconducteurs, et décrit en détail les phénomènes qui apparaissent dans une jonction pn. Les applications de telles jonctions sont décrites, en particulier les cellules solaires, les diodes électroluminescentes et les diodes laser.
Dans une troisième partie, le cours aborde quelques uns des effets nouveaux liés à la miniaturisation des matériaux conducteurs, comme la conductance quantique, le bloquage de Coulomb et les effets de magnétorésistance géantes

1ère Partie: Structure électronique des solides (L. Binet)

I- Introduction
1) Exemples d'applications mettant en jeu les propriétés électroniques des matériaux
2) Description d'un solide: hypothèses de base
II- Le modèle du gaz d'électrons libres: application aux métaux s-p
1) Electrons dans un puits de potentiel de taille finie
2) Du puits de potentiel au solide infini
a) Description avec des ondes planes
b) Densité d'états
c) Occupation des niveaux et énergie de Fermi
3) Propriétés du gaz d'électrons libres
a) Propriétés optiques
b) Conductivité électrique
III- Electrons dans un solide périodique
1) Théorème de Bloch
2) Les vecteurs d'onde permis
3) Périodicité de ε(k) et zone de Brillouin
4) Les défauts: rupture de périodicité
IV- Le modèle des liaisons fortes
1) Fonction d'onde
2) Energie
3) Densité d'états
4) Propriétés électriques: distinction métal/isolant
5) Absorption optique: transitions interbandes
6) Action d'une force extérieure, notion de masse effective
a) Equation du mouvement
b) Masse effective au voisinage d'un extremum de bande
c) Relation entre masse effective et forme de la courbe de dispersion
7) Notion de trou électronique
a) Impulsion du trou
b) Vitesse et charge électrique
c) Masse effective
d) Energie
V- Les métaux de transition
1) Structure de bande
2) Cohésion des métaux de transition

2ème Partie: Les semiconducteurs et leurs applications (D.Gourier)

I- Introduction
Microélectronique et optoélectronique
II- Les semiconducteurs
1) semiconducteurs du groupe IV, composés III-V et II-VI. Structures cristallographiques et structure électroniques
2) Les impuretés dans les semiconducteurs : donneurs et accepteurs.
3) Statistique des semiconducteurs : régimes extrinsèque, de saturation et intrinsèque.
III- La jonction pn (exemple du silicium)
1) Equation de base d’un semiconducteur inhomogène
2) La jonction pn à l’équilibre
3) La jonction pn hors équilibre, loi de Shockley
4) Applications de la jonction pn :
a) Cellules photovoltaïques et énergie solaire
b) Diodes électroluminescentes, diodes laser, les disques optiques (CD, DVD)

3ème Partie: Du macro au Nano (D.Gourier)

I- Introduction : la loi de Moore
II- Les échelles macroscopiques, mésoscopiques et nanoscopiques
1) Collisions élastiques et inélastiques
2) Conductance quantique
3) Les effets d’optique électronique : effet Aharonov-Bohm
4) Bloquage de Coulomb : principe du transistor à électron unique
III- Introduction à l’électronique de spin
1) Injection de spins : exemple des couches de métaux de transition
2) La magnétorésistance géante et ses applications

Niveau requis : Notions de physique quantique, concepts de base sur la structure électronique des molécules et la liaison chimique.

Modalités d\'évaluation : Examen écrit

Dernière mise à jour : Friday 14 January 2011

© ENSCP 2014 - Réalisé par Winch Communication