Bande interdite

Une bande interdite est la distance entre la bande de valence des électrons et la bande de conduction. Essentiellement, la bande interdite représente l’énergie minimale requise pour exciter un électron jusqu’à un état dans la bande de conduction où il peut participer à la conduction. Le niveau d’énergie inférieur est la bande de valence, et donc s’il existe un écart entre ce niveau et la bande de conduction d’énergie supérieure, l’énergie doit être entrée pour que les électrons deviennent libres. La taille et l’existence de cette bande interdite permettent de visualiser la différence entre les conducteurs, les semi-conducteurs et les isolants. Ces distances sont visibles dans des diagrammes connus sous le nom de diagrammes de bandes, illustrés à la figure 1 ci-dessous.

Figure 1. Un diagramme de bande interdite montrant les différentes tailles de bande interdite pour les conducteurs, les semi-conducteurs et les isolants.

Tailles de bande interdite

La figure 1 ci-dessus illustre la différence de taille de la bande interdite pour les isolants, les conducteurs et les semi-conducteurs. La taille de cette bande interdite confère aux matériaux certaines de leurs propriétés distinctes. Dans les isolateurs, les électrons dans la bande de valence sont séparés par une bande interdite importante de la bande de conduction. Cela signifie qu’il existe un grand écart « interdit » dans les énergies empêchant les électrons de la bande de valence de sauter dans la bande de conduction et de participer à la conduction. Ceci explique pourquoi les isolateurs ne conduisent pas bien l’électricité.

Dans les conducteurs, la bande de valence chevauche la bande de conduction. Ce chevauchement fait que les électrons de valence sont essentiellement libres de se déplacer dans la bande de conduction et de participer à la conduction. Comme il ne s’agit pas d’un chevauchement complet, seule une fraction des électrons de valence peut se déplacer à travers le matériau, mais cela reste suffisant pour rendre les conducteurs conducteurs.

Dans les semi-conducteurs, l’écart est suffisamment faible pour pouvoir être comblé par une sorte d’excitation – peut-être du Soleil dans le cas des cellules photovoltaïques. L’écart est essentiellement d’une certaine taille « entre » celle d’un conducteur ou d’un isolant. Dans ce modèle, un nombre fini d’électrons est capable d’atteindre la bande de conduction et de conduire de petites quantités d’électricité. L’excitation de cet électron permet également à des processus de conduction supplémentaires de se produire à la suite du trou d’électron laissé. Un électron d’un atome à proximité peut occuper cet espace, créant une réaction en chaîne de trous et un mouvement d’électrons qui crée du courant. Une petite quantité de matériau dopant peut augmenter considérablement la conductivité de ce matériau.