Avant-propos
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. . . . . . . . . . . . .
I.
INTRODUCTION.
LA THÉORIE ÉLECTRONIQUE DE LA CONDUCTION
1.
La théorie électronique de la conduction et la loi d'Ohm . . . . . . . . .
. . . . . . .
2.
La fonction de distribution des libres temps moyens
et des libres parcours moyens . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.
La fonction de distribution des états énergétiques des électrons.
Valeurs moyennes des grandeurs physiques . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.
Les semiconducteurs. Classification des corps solides
d'après leur
conductivité électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
5.
Modèle élémentaire de la conduction des semiconducteurs.
Conduction par trous . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.
Conduction intrinsèque et conduction extrinsèque . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
II.
FONDEMENTS DE LA THÉORIE DES BANDES
DES SEMICONDUCTEURS
1.
L'équation de Schrödinger d'un solide cristalline . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
2.
L'approximation de Born-Oppenheimer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
3.
L'approximation de Hartree - Fock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
4.
Le champ périodique du réseau cristallin. L'opérateur translation . . . .
. . . . .
5.
La notion de la quasi-impulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
6.
La masse effective de l'électron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
7.
Relation entre la vitesse et la quasi-impulsion . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
8.
L'opérateur accélération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
9.
Les zones de Brillouin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
10.
Normalisation dans un volume limité
et caractère discret de la quasi-impulsion .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.
Théorie de l'électron quasi libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
12.
Théorie de l'électron quasi lié . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
13.
Le procédé de la masse effective. Modification du spectre énergétique
d'un cristal sollicité par des champs extérieurs
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.
Les états localisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.
Théorie élémentaire des états dus aux impuretés . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
16.
Les phénomènes de surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
17.
Quantification de l'énergie d'un électron soumis à l'action d'un champ
magnétique. Les niveaux de Landau . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18.
Le principe de Pauli. Notions de métal,
de semiconducteur et de
diélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.
Les propriétés principales des trous . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
20.
Méthodes de calcul et structure de bandes de certains semiconducteurs . . .
.
21.
Les quasi-particules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
III.
LA STATISTIQUE DES ÉLECTRONS
ET DES TROUS DANS LES SEMICONDUCTEURS
1.
La densité d'états . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Calcul de la concentration des électrons et des trous . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
3.
L'équation de neutralité d'un semiconducteur . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
4.
Le semiconducteur intrinsèque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
5.
Les semiconducteurs extrinsèques ne comportant qu'un seul type d'impureté
6.
Les semiconducteurs renfermant simultanément des donneurs
et des accepteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.
Le semiconducteur dégénéré . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
8.
Influence d'un champ magnétique sur la densité d'états . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
IV.
LES EFFETS DE TRANSPORT DANS LES SEMICONDUCTEURS
1.
L'équation de Boltzmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
2.
Le temps de relaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
3.
Densité du courant électrique et densité du flux d'énergie . . . . . . .
. . . . . . . . .
4.
Les coefficients cinétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
5.
La conductivité électrique des semiconducteurs . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
6.
Les effets galvanomagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
7.
L'effet Hall dans un semiconducteur extrinsèque . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
8.
L'effet Hall dans un semiconducteur
contenant des porteurs de charge de différents types . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.
Relation entre la constante de Hall et l'intensité du champ magnétique . .
. . . .
10.
L'effet de magnétorésistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
11.
La conductibilité thermique des semiconducteurs . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
12.
Les effets thermoélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
13.
Les effets thermomagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
14.
Analyse générale des effets de transport . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
15.
Les effets de transport dans un semiconducteur
dans le cas de la masse effective tensorielle
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16.
L'élastorésistance. Sensibilité aux tensions mécaniques . . . . . . . .
. . . . . . . .
17.
Mécanisme de l'effet d'élastorésistance. Les coefficients de
piézorésistance
V.
THÉORIE DE LA DIFFUSION DES PORTEURS DE CHARGE
1.
La section efficace de diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
2.
Relation entre le temps de relaxation et la section efficace de diffusion .
. . . .
3.
La notion de la théorie des transitions quantiques . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
4.
La diffusion par les ions d'impuretés . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
5.
La diffusion des porteurs de charge par des atomes d'impureté neutres . . .
. .
6.
Les vibrations thermiques du réseau. Notion des coordonnées normales.
Les phonons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.
Les vibrations acoustiques et optiques du réseau . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
8.
La capacité thermique du réseau et la statistique des phonons . . . . . .
. . . . . .
9.
La diffusion par les vibrations thermiques du réseau.
La méthode du
potentiel de déformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
10.
La variation de la mobilité des porteurs de charge avec la température . .
. .
11.
Action des champs extérieurs appliqués sur le temps de relaxation.
Écarts
à la loi d'Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
VI.
LA RECOMBINAISON DES PORTEURS DE CHARGE
1.
L'équation de continuité et la durée de vie des porteurs de charge . . .
. . . . . .
2.
Les mécanismes de recombinaison. La recombinaison linéaire . . . . . . . .
. . .
3.
Diffusion et dérive des porteurs de charge excédentaires . . . . . . . . .
. . . . . . .
4.
La recombinaison de surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
VII.
LES PHÉNOMÈNE DE CONTACT
DANS LES SEMICONDUCTEURS
1.
La longueur de Debye de l'effet d'écran . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
2.
Le travail d'extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
3.
La différence de potentiel de contact. Le contact entre deux métaux . . .
. . . . .
4.
Les contacts entre métaux et semiconducteurs . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
5.
Les semiconducteurs non homogènes. Les jonctions p-n . . . . . . . . . . .
. . . . . .
VIII.
LES PROPRIÉTÉS OPTIQUES ET PHOTOÉLECTRIQUES
DES SEMICONDUCTEURS
1.
Le spectre d'absorption de la lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
2.
L'absorption de la lumière par les porteurs de charge libres . . . . . . .
. . . . . .
3.
La résonance de cyclotron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
4.
L'absorption intrinsèque de la lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
5.
L'absorption de la lumière par le réseau . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
6.
L'absorption de la lumière par les électrons
se trouvant dans des états
localisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.
Influence des conditions extérieures sur le spectre d'absorption . . . . .
. . . . . .
8.
La photoconductivité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
9.
L'effet Dember et l'effet photovoltaïque . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
10.
L'effet photomagnétoélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
11.
L'effet Faraday . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
12.
Le dédoublement de bandes d'énergie dû à l'interaction spin-orbitale . .
. . .
Complément.
INTRODUCTION A LA THÉORIE DES GROUPES
1.
Les transformations de l'espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
2.
Le groupe de transformations de symétrie. Propriétés des éléments du
groupe
3.
Relations entre groupes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
4.
Représentation des groupes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
5.
Les représentations irréductibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
6.
La base des représentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
7.
Produit direct de représentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
8.
Les groupes ponctuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
9.
Le groupe de translations. Les zones de Brillouin . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
10.
Le groupe du vecteur d'onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
11.
L'équation de Schrödinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
12.
Les groupes doubles. L'inversion du temps . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
