Qu'est qu'un confinement quantique ???

[invite1e842170]

Bonjour,
Il y a des gens qui pourraient m'explique ce qu'est le confinement quantique de manière simple (avec des dessins ce serait top).

Le peu que j'ai compris ...

On prend deux trucs (isolants) donc avec un avec un big gap de la mort.
Donc aucun électron peut passer ce puit de potentiel ( c'est bien ça ?)

Comme il y en a 2, l'électron fait ping pong entre les 2 isolants, avec des harmoniques ???

Le problème c'est que ça je vois bien pour dans une dimension mais un truc en 3d en plus je fais allusions à des niveaux d'énergie, erf la bande conduction et la bande de balance c'est bien jolie pour avoir un gap, un niveau de Fermi... mais au niveau de l'atome ça va correspondre à quoi ? ou alors s'agit de plusieurs atomes.

Enfin je comprends pas pourquoi ça éviterait que des nanocristaux de Si à l'interface de SiN/SiO2 (le dernier est isolant alors je vois bien le truc qui fait office de raquette de ping pong, mais bon j'ai du mal à voir l'effet des bandes en 3D ... ) je pige pas trop....

Donc si qqun pouvait reprendre depuis le début de manière simpliste quitte à que ce soit écrit en Tarzan ou en Conan.

Ps : à mon avis mes questions ne sont pas trop explicites ...
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[Deedee81]

Salut,

Ps : à mon avis mes questions ne sont pas trop explicites ...

Si tu le dis

Je vois qu'il n'y a pas eut de réponse depuis hier et je suis moi-même resté très perplexe. On dirait que tu parles de plusieurs choses ou le contexte est assez mystérieux (les semi-conducteurs apparemment) ou c'est vague ou tout à la fois.

Donc, si tu pouvais reformuler plus clairement et plus précisément.... (cela ne veut pas dire que je serai capable de répondre mais, là, je n'en sais rien).

[invitea29d1598]

salut,

Donc, si tu pouvais reformuler plus clairement et plus précisément....

très bonne suggestion

[invite1e842170]

Oui il s'agit aussi des semi conducteurs, mais plus globalement des matériaux et de physique du solide.

Aussi je vais replacé le contexte :

Je suis actuellement en train de faire mon stage de DUT au CNRS (je ne dirais pas le nom du labo, question de discrétion ^^')

Mon stage est sur la photoluminescence basse température, installer le banc et compagnie pour l'analyse de cellule de la couche anti-réflexion (SiN / SiO2) des cellules photo voltaïques.

La finalité du stage est de voir si les spectres de photoluminescence de ces couches, obtenus à température ambiante, sont dus aux nanocristaux de Si ou aux défauts du à la fabrication même de la couche , apparrement des interstices avec de l'H. Cela fait plusieurs années que les arguments se combattent entre les partisans à travers plusieurs publications.

Si cela était du aux nanocristaux cela induirait donc qu'avec un contrôle de leurs tailles on pourrait, contrôler l'absorption, ainsi la large bande UV qui n'est pas utilisée dans le spectre solaire, pourrait servir à créer 2 photons visibles. De même dans la même optique, avec deux photons IR faire un de visible ce qui pourrait augmenter le rendement des cellules photo voltaïques.

Problème mon maitre de stage est surtout dans les lasers et je travaille en parallèle avec un chercheur et un doctorant (qui n'ont pas beaucoup de temps pour moi ...), mais bon on m'a balancé des publications et une thèse pour en apprendre d'avantage.

Le soucis c'est que ces lectures partent du principe que l'on sait déjà pas mal de choses dans ce domaine, ce qui n'est pas le cas à Bac + 2, j'ai eu des cours de matériaux, mais bon pas ceux d'un master 1! Je suis autonome mais là j'en suis à la moitié et j'aimerais bien faire un peu autre chose que de remplir mon rapport avec que du technique ... (je sais, suis en DUT) mais au moins que je comprenne qqchose, ce pourquoi j'ai installé le banc optique.

Bref j'en viens à mon (autre) problème :
On m'a dit que la couche anti réflexion était donc constitué de couches alternées de SiN et SiO2.

Je voudrais savoir si je pars en sucette en expliquant le confinement quantique et si possible compléter si il me manque des choses dans mon explication.
En gros pour moi il s'agirait de ça :

|------------------------ puit de potentiel ? (je ne sais pas vraiment ce que c'est)
SiO2 SiN SiO2
**** *****
-> <- é -> <- l'é fait la balle de ping pong entre les deux isolants
+ harmoniques mais je ne vois pas à quoi ça correspond
pour l'é ?

**** *****
isolant isolant (grand Energy gap, en théorie infinie)

Le truc c'est que ça c'est en unidirectionnel, alors en tridimensionnel on suppose que ça fait pareil dans toutes les dimensions ?

Si les nano cristaux ne se font pas à l'interface SiN/SiO2 c'est à cause de l'écart d'énergie de l'isolant. On disait que ça fait de la répulsion mais je ne comprends pas pourquoi non plus.

Et donc le Si en excès se recombinerait en nanocristaux dans la couche de SiN après traitement thermique pourquoi, comment ? (j'en sais trop rien, ils ont personne d'autre avec qui se mettre ? il me semblait que la nucléation avait besoin de conditions assez particulières ?)

J'avais déjà pu voir les modèles d'isolants, semi-conducteur et conducteur à l' IUT mais de façon un peu simpliste :

Bande de conduction
conducteur les 2 collés
****** ******* *******
****** ******* *******
isolant semi conducteur *******
delta E très grand delta e gap *******
aucun é passe dans la BC
******* *******
******* *******
Bande de valence

Seulement voilà en y réfléchissant je sais qu'en physique quantique l'énergie est quantifiée donc elle ne prend pas n'importe quelle valeur. Et je l'avais vu en terminal avec l'atome, (électron état fondamental et excité). Une première question car je ne suis pas sur on parle de bande quand il s'agit d'un matériau, car il y pas qu'un seul atome non ?

Ensuite en fouillant sur Wikipédia j'ai vu que l'on faisait référence au niveau de Fermi et à une bande interdite. Dites moi si j'ai pas compris mais ce niveau d'énergie de Fermi délimiterait le niveau d'énergie max que les é pourraient occuper à 0 K ? Par contre la bande interdite j'ai pas trop compris ce qu'était, serait-ce une gamme d'énergie interdite pour les é ? ( ce serait logique vu qu'en MQ l'énergie est quantifiée). Dans le cas du conducteur il y en a vraiment pas ou alors elle est cachée ?

Dans mon rapport je pensais aussi parler ( c'est un minimum ) des cellules photovoltaïque (fabrication et fonctionnement) en m'inspirant sur le site (sans trop faire de c/c) qui a l'air pas mal et assez explicite :
http://www.udel.edu/igert/pvcdrom/

Nb : J'essaye de faire des explications simples, un peu imagée sans trop vulgariser non plus (quel sport !), donc si des personnes ont des schémas ça m'interresse ^^'

Vu la longueur de mon poste je vais reprendre que les questions :
- Mon explication sur le confinement quantique tiens - t - elle la route ?
- Le confinement en 3D ça donne quoi ?
- Qu'est qu'un puit de potentiel
- Pour l'Eg de l'isolant fait office de raquette de ping-pong avec l'é du milieu
- Pourquoi le Si en excès coincé dans le SiN se recombine en cristaux(nano) ?
- Pourquoi appelle - t - on cela des bandes dans les diagrammes ?
- Ce que je disais sur l'énergie de fermi est juste ?
- Qu'est ce qu'un bande interdite

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea29d1598]

désolé, c'est trop long pour que j'ai le courage de répondre à tout (en plus y'a des trucs super techniques, genre sur le Si, que tu pourrais peut-être poser directement à des gens du labo où tu es : ce sont probablement les mieux placés pour te répondre)...

Le soucis c'est que ces lectures partent du principe que l'on sait déjà pas mal de choses dans ce domaine, ce qui n'est pas le cas à Bac + 2, j'ai eu des cours de matériaux, mais bon pas ceux d'un master 1!

euh, ouais, pas très cool... tu leur as clairement rappelé ça ?

Je suis autonome mais là j'en suis à la moitié et j'aimerais bien faire un peu autre chose que de remplir mon rapport avec que du technique ... (je sais, suis en DUT) mais au moins que je comprenne qqchose, ce pourquoi j'ai installé le banc optique.

très bonne initiative

|------------------------ puit de potentiel ? (je ne sais pas vraiment ce que c'est)

un puits de potentiel, c'est un puits qui apparaît quand tu traces la courbe représentant le potentiel en fonction d'une coordonnée spatiale. Voir par exemple ce texte quantique

mais je ne vois pas à quoi ça correspond pour l'é ?

grossièrement, c'est parce que l'onde associée à l'électron est évanescente dans les "parois" du puits et celui-ci ne peut donc y pénétrer. La probabilité de présence décroit de manière exponentielle : l'électron est confiné dans la zone de plus bas potentiel, en forme de puits.

Le truc c'est que ça c'est en unidirectionnel, alors en tridimensionnel on suppose que ça fait pareil dans toutes les dimensions ?

Ça dépend du matériau. Dans ce qu'on appelle un "nanocristal" [traduction française du terme anglais "quantum dot"], oui, il y a un confinement dans les 3 directions (on parle aussi de boite quantique). Mais ce n'est pas le cas par exemple dans certains autres trucs qu'on appelle "fils quantiques" où l'électron peut se propager librement selon une direction.

ce document ou celui-ci t'intéresseront très probablement si tu ne les as pas déjà...

Si les nano cristaux ne se font pas à l'interface SiN/SiO2 c'est à cause de l'écart d'énergie de l'isolant. On disait que ça fait de la répulsion mais je ne comprends pas pourquoi non plus.

Et donc le Si en excès se recombinerait en nanocristaux dans la couche de SiN après traitement thermique pourquoi, comment ? (j'en sais trop rien, ils ont personne d'autre avec qui se mettre ? il me semblait que la nucléation avait besoin de conditions assez particulières ?)

désolé, tout ça est trop technique pour moi peut-être abordé dans les deux documents que je t'ai indiqués [n'ai pas encore pris le temps de les lire], mais je pense que sur ce point vaudrait mieux que tu t'adresses à ton directeur de stage ou à quelqu'un de ton labo...

Seulement voilà en y réfléchissant je sais qu'en physique quantique l'énergie est quantifiée donc elle ne prend pas n'importe quelle valeur.

c'est le cas pour une particule non-libre (piégée dans une boite par exemple). Un électron libre peut avoir n'importe quelle énergie et un électron dans un solide peut souvent avoir une énergie comprise dans toute une "bande".

Et je l'avais vu en terminal avec l'atome, (électron état fondamental et excité).

un atome isolé crée un puits de potentiel coulombien pour l'électron : l'énergie d'un électron lié au noyau est donc quantifiée. En revanche si tu arraches l'électron (en ionisant l'atome), son énergie est quelconque une fois qu'il est libre.

Une première question car je ne suis pas sur on parle de bande quand il s'agit d'un matériau, car il y pas qu'un seul atome non ?

c'est lié à ça en effet. Alors que pour un atome seul, ton électron a soit des niveaux discrets (quand il est lié), soit un continuum (quand il est libre et que son énergie cinétique est plus grande, en valeur absolue, que son énergie potentielle). Quand tu mets plein d'atomes ensembles, c'est un peu comme si tu superposais tous ces niveaux accessibles, à part qu'en raison d'interaction entre les atomes, les niveaux d'énergie sont influencés les uns par les autres. Résultat, tu te retrouves avec plein de niveaux discrets ensemble qui forment des "bandes" (composées de plein de lignes serrées donc) autorisées et d'autres "interdites" [c'est sûrement décrit dans l'un ou l'autre des deux documents sur les nanocristaux]

ce niveau d'énergie de Fermi délimiterait le niveau d'énergie max que les é pourraient occuper à 0 K ?

c'est ça. Si tu lis l'anglais, je te conseille de jeter un oeil à ce site d'introduction aux semi-conducteurs et à leur physique.

Par contre la bande interdite j'ai pas trop compris ce qu'était, serait-ce une gamme d'énergie interdite pour les é ? ( ce serait logique vu qu'en MQ l'énergie est quantifiée).

exactement. Cf ce que je dis juste avant. Voir aussi ce document sur les semi-conducteurs.

Dans mon rapport je pensais aussi parler ( c'est un minimum ) des cellules photovoltaïque (fabrication et fonctionnement) en m'inspirant sur le site (sans trop faire de c/c) qui a l'air pas mal et assez explicite :
http://www.udel.edu/igert/pvcdrom/

si tu veux parler de cellule photovoltaïque, ouvre un autre fil car celui-ci va overdoser peut-être dans le forum technologie selon tes questions précises...

- Mon explication sur le confinement quantique tiens - t - elle la route ?

je pense que tu as compris le principe, mais lis les trucs que je t'ai indiqués pour t'assurer que c'est bien le cas...

[invite1e842170]

Ok merci beaucoup ça m'éclaircit beaucoup ^^ Pas mal les articles lol
Je pense notamment à celui avec Britney Spears, pas sur que l'on retienne mieux


Je vais lire tout ce que tu m'as passé et synthétiser ça sur des feuilles ^^

Merci encore