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Différence entre semiconducteurs et autres matériaux



  1. #1
    Evil.Saien
    Bonjour mesdames et messieurs,
    quelque chose me turlupine: j'aimerais savoir pourquoi la plupart des matériaux (par exemple le verre et beaucoup de métaux) sont opaques aux lumières de faible énergie (les if) et transparent aux uv alors que pour les semiconducteurs c'est l'inverse ?
    Merci.

    -----

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  3. #2
    Max
    Ce n'est pas tout a fait vrai ce que tu dit la.
    D'une part, il existe une multitude de verres et de semi-conducteurs different qui auront des transmittances tres variable d'un materiau a un autre, et a ce titre on ne peut pas faire de generalite concernant ces deux classes.
    D'une part, en ce qui concerne les SC, leur transmittance va dependre de leur band-gap et des impuretees presentes dans le materiau. Ce dernier point est aussi vrai pour les verres.
    -- Par exemple la presence d'oxide de fers dans le quartz (SiO2 pur) fait que les UV en dessous de 300nm sont absorbes.
    -- La presence d'ion OH- est responsable de l'absorption dans l'infrarouge au dela de 1500nm
    -- la structure christalline du SiO2 est responsable de l'absorption IR au dela de 5 micron
    -- la presence d'oxide de chrome et de nickel donne du verre de Wood, opaque a la lumiere visible mais presque transparent dans l'IR entre 780-1200nm et dans l'UV entre 450-340nm
    A++

    Max

  4. #3
    Evil.Saien
    Ca confirme un peu ma question:
    Certes les valeurs limites des longueurs d'ondes absorbés ou non sont paramétrables de part les impuretées et le gap lui-meme, mais je constate dans la réponse que le verre absorbe les longueurs d'onde élevées alors que le semiconducteur absorbe les longueurs d'ondes faibles (par ailleurs je suis pas sur que le SiO2 soit un SC, c'est un isolant, ou alors du Si dopé à l'oxygene, enfin bref).
    Maintenant j'aimerais conaitre l'explication physique qui fait que le verre laisse passer les rayons les plus energetique et absorbe les moins energetique !
    Merci

  5. #4
    Max
    Non, cela ne confirme rien du tout, car les exemple que j'ai donne ne concernent que les verres (j'aurais du mieux le preciser d'ailleur).
    On ne peut pas simplifier de cette maniere, car les spectres d'absorption des SC et des verres sont assez complexes et ne permettent pas de faire des regles generales.

    Maintenant j'aimerais conaitre l'explication physique qui fait que le verre laisse passer les rayons les plus energetique et absorbe les moins energetique !
    Deja cette regle est fausse, et de plus il faudrais preciser ce que tu entend par "les plus energetiques" .. parle tu d'UX, rayons X, Gamma?
    Par moins energetiques, tu parle d'IR, microondes, ondes hertziennes?
    Le spectre d'absorption d'un verre donne, pour peu que l'on sache lequelle, n'est pas du tout celui d'un filtre passe haut comme tu le laisse entendre, mais est compose de bandes d'absorptions eparpillees dans le spectre electromagnetique.

    Max

  6. #5
    Evil.Saien
    La diference entre toutes ces ondes c'est leure longueure d'onde (enfin ne parlons que des ondes de lumière), donc quand je parle de lumieres les plus energetique se sont celles avec une longueure d'onde petite (rayon X par exemple, uv...) et les moins energetiques celles dont la longueure d'onde est grande (if...).
    Ensuite la règle que j'émet est assez juste pour les SC dans la mesure ou on considere que dès qu'un photon d'assez grande energie (superieure au band gap) arrive au "contact" du matériaux il est absorbé pour former une paire electron-trou.
    Toutefois c'est le mecanisme dans le verre qui m'interesse plus specialement (parce que les SC je connais deja assez bien).
    Donc si tu pouvais avoir des précisions la dessus ca serais genial.
    Merci

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Karibou Blanc
    Salut,

    Ta question est très intéressante et je vais essayer d'y apporter un élément de réponse :

    Pour que la lumière soit réfléchie, il faut que le matériau l'absorbe dans un premier temps. Dans le cas contraire elle se propage sans interagir avec la matière et tu vois ce qu'il y a derrière l'objet que tu éclaires : il est transparent.

    Pour être plus précis, considérons la lumière comme une multitude de photons (briques élémentaires insécables de l'onde EM classique). Le phénomène de réflexion se traduit microscopiquement ainsi : Un flux de photons arrive sur le matière, certains d'entre eux sont absorbés et ensuite réémis dans des directions aléatoires, y compris la direction d'incidence. Reste à voir comment ces photons sont absorbés par le matériau.

    La matière est profondement quantique, c'est à dire qu'il existe des niveaux d'énergie discret pour ces constituants (électrons, phonons...). Et l'absorption d'un photon est possible seulement si elle permet la transition d'un état donné vers un autre plus énergétique.
    Dans le cas du visible, les états d'énergie susceptibles d'intéresser la lumière sont les niveaux électroniques. Le photon lorqu'il est absorbé, déclenche la transition d'un électron du solide de son état initial vers un état plus énergétique.

    Dans les semi-conducteurs (SC), l'écart en énergie entre la bande valence et la bande de conduction correspond au domaine du visible, ce qui veut dire que la lumière visible a de forte chance d'être absorbée par un SC et donc que ce dernier soit opaque.

    Pour un isolant, la transition la plus étroite en énergie (le gap) est beaucoup plus grande que l'énergie des photons associée à des longueurs visibles. Ils ne sont donc pas absorbés et le matériaux est transparent simplement parce que la lumière n'intéragit pas avec les électrons.

    J'espère que ça pourra t'aider un peu.

    Bonne journée à tous.

  9. Publicité
  10. #7
    dupo
    salut ,
    bon, je sais pas si ça va t'aider tu as surement dû déjà regarder dans ce bouquin : aschrof mermin, il y a une petite partie, sur la transparence...(des métaux! désolé, c'est pas trop le verre ! )...dans le chapitre sur le modèle de drude (chapitre I !!).

    et ça donne une petite approche de ce phénomène...
    voilà, voilà.

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