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Qu’est-ce que le silicium comme semi-conducteur – Propriétés – Définition

Le silicium comme semi-conducteur est principalement utilisé pour les détecteurs de particules chargées (en particulier pour le suivi des particules chargées) et les détecteurs de rayons X mous. Dosimétrie des rayonnements
détecteur de bande de silicium - semi-conducteurs
Détecteur de bande de silicine Source: micronsemiconductor.co.uk

En général, les semi – conducteurs sont des matériaux, inorganiques ou organiques, qui ont la capacité de contrôler leur conduction en fonction de la structure chimique, de la température, de l’illumination et de la présence de dopants. Le nom semi-conducteur vient du fait que ces matériaux ont une conductivité électrique entre celle d’un métal, comme le cuivre, l’or, etc. et un isolant, comme le verre. Ils ont un écart énergétique inférieur à 4eV (environ 1eV). En physique du solide, cet intervalle d’énergie ou bande interdite est une plage d’énergie entre la bande de valence et la bande de conductionoù les états électroniques sont interdits. Contrairement aux conducteurs, les électrons d’un semi-conducteur doivent obtenir de l’énergie (par exemple à partir de rayonnements ionisants) pour traverser la bande interdite et atteindre la bande de conduction. Les propriétés des semi – conducteurs sont déterminées par l’écart d’énergie entre les bandes de valence et de conduction.

Le silicium comme semi-conducteur

silicium - matériau semi-conducteur
Silicium purifié. Source: wikipedia.org Licence: domaine public

Le silicium est un élément chimique de numéro atomique 14, ce qui signifie qu’il y a 14 protons et 14 électrons dans la structure atomique. Le symbole chimique du silicium est Si . Le silicium est un solide cristallin dur et cassant avec un éclat métallique bleu-gris, c’est un métalloïde tétravalent et un semi-conducteur. Le silicium est principalement utilisé pour les détecteurs de particules chargées (en particulier pour le suivi des particules chargées) et les détecteurs de rayons X mous. La grande énergie de bande interdite (Egap = 1,12 eV) nous permet de faire fonctionner le détecteur à température ambiante, mais le refroidissement est préférable pour réduire le bruit. Les détecteurs à base de silicium sont très importants en physique des hautes énergies. Puisque les détecteurs à base de silicium sont très bons pour suivre les particules chargées, ils constituent une part importante du système de détection du LHC au CERN.

Détecteurs semi-conducteurs à base de silicium

Les détecteurs à semi-conducteurs à base de silicium sont principalement utilisés pour les détecteurs de particules chargées (en particulier pour le suivi des particules chargées ) et les détecteurs de rayons X mous, tandis que le germanium est largement utilisé pour la spectroscopie des rayons gamma. Un gros semi-conducteur propre et presque parfait est idéal comme compteur de radioactivité . Cependant, il est difficile de fabriquer de gros cristaux avec une pureté suffisante. Les détecteurs à semi-conducteurs ont donc une faible efficacité, mais ils donnent une mesure très précise de l’énergie. Les détecteurs à base de silicium ont un bruit suffisamment faible même à température ambiante. Cela est dû à la large bande interditede silicium (Egap = 1,12 eV), ce qui nous permet de faire fonctionner le détecteur à température ambiante, mais le refroidissement est préférable pour réduire le bruit. L’inconvénient est que les détecteurs au silicium sont beaucoup plus chers que les chambres à brouillard ou les chambres à fils et nécessitent un refroidissement sophistiqué pour réduire les courants de fuite (bruit). Ils subissent également une dégradation au fil du temps des rayonnements, mais celle-ci peut être considérablement réduite grâce à l’effet Lazare.

Voir aussi: Détecteurs au germanium, MIRION Technologies. <disponible sur: https://www.mirion.com/products/germanium-detectors>.

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