Définitions physiques

Composant optoélectronique

Un composant optoélectronique transforme un signal de nature électrique en un signal de nature lumineux ou inversement.

La LED réalise la conversion Électricité > Lumière (lumière est prise ici au sens large car elle peut émettre dans l 'infra rouge et l'ultraviolet).

Pour la conversion Lumière > Électricité on peut citer le phototransistor.

Le Gap

Dans un cristal semi conducteur, les électrons ne peuvent accéder qu’à des niveaux d’énergie bien précis, lesquels se répartissent de manière quasi continue. Ces niveaux d’énergie (*)  se superposent pour former des bandes d’énergie.

Dans la bande de valence, les électrons ne font que participer aux liaisons inter atomiques, conférant ainsi à ce dernier sa solidité. Quand les atomes gagnent la bande de conduction ils sont alors libres de se mouvoir. Et par conséquent libres de conduire un courant électrique. Entre ces deux bandes, se situe une zone dite « interdite » de taille différente selon le semi conducteur.

C’est la différence d’énergie entre le haut de la bande de valence et le bas de la bande de conduction qui s’appelle gap. Et il s’exprime en eV (électron volt)

Niveaux d’énergie

Le remplissage des bandes d’énergie avec les électrons disponibles se réalise de la même manière que pour les atomes et les molécules. C'est-à-dire par énergie croissante tout en respectant le principe d’exclusion de Pauli.

-La bande de valence est la dernière bande d’énergie remplie. C’est donc celle d’énergie la élevée.

-La bande de conduction est la première bande d’énergie inoccupée. Les bandes d’énergie étant rangées par ordre croissant, elle se situe juste au dessus de la bande de conduction.

Structure cristalline

Arrangement périodique tridimensionnel d’atomes.

Semi conducteur

« Semi » car c’est un « mauvais » conducteur électrique.

En effet, un matériaux semi-conducteur (ex : le silicium) a la particularité de posséder 4 électrons périphériques, donc la moitié d’une couche complètement saturée.

A noter que pour un semi conducteur, la conductivité est d’autant plus grande que le nombre d’électron de la bande de valence est élevé.

Impuretés

Pour que les semi-conducteurs fonctionnent bien, il faut contrôler le taux d'impuretés (souhaitées et non souhaitées).

En premier lieu, il faut concevoir un silicium "pur". Pour cela le taux d'impuretés doit être inférieur ou égal à 0.01 ppm (partie pour million).

En second lieu, il faut le doper en introduisant des éléments en quantités très faibles (de l'ordre de 10-8 à 10-6)

Un tel contrôle des impuretés "souhaitées" et "non souhaitées" n'est possible qu'avec des techniques de fabrication de pointe (méthode de la fusion de zone ici).

Impuretés souhaitées: corps étrangers qui visent à doper P ou N une zone d'un semi-conducteur

Impuretés non souhaitées: corps étrangers ou irrégularités du réseau cristallin qui ne contribuent pas à doper P ou N une zone d'un semi-conducteur.

Le développement durable: de quoi s’agit-il?

En 1987, la Commission mondiale pour l’environnement et le développement, dite commission Brundtland (du nom de sa présidente), a donné une définition du développement durable qui est désormais reconnue dans le monde entier. Il s’agit d’un développement «qui permet de satisfaire les besoins des générations présentes sans compromettre la possibilité pour les générations à venir de satisfaire leurs propres besoins».

Électrons de valence

Ce sont les électrons dont le nombre quantique principal est le plus grand ou qui appartiennent à des sous couches en cours de remplissage.

Homojonction

Lorsque la jonction PN résulte du contact entre deux zones d'un même semi-conducteur (l'une des zones est dopée P , l'autre N).

Hétérojonction

Les deux zones sont usinées dans un semi-conducteur différent.

Exemples:

-Éléments de la colonne IV: Si, Ge ...

-Alliages d'éléments de la colonne IV: SiC, SIGe...

-Alliages dits binaires (composés III-V): AsGa, AlAs...

-Alliages dits binaires (composés II-VI): CdTe, HgTe...

-Alliages dits ternaires: GaAlAs, HgCdTe ...

-Alliages dits quaternaires: GaxIn1-xAsyP1-y

Unité du système international

L'abréviation est "SI". Les unités SI sont les unités officielles, reconnues par une commission de scientifiques.

Le yard, le miles n'en sont pas, contrairement au kilomètre ou kilogramme qui en font partie.

Flux lumineux

Energie rayonnée dans tout l'espace. Il est quantifié en Lumen (lm)

Un lumen est un candela×stéradian. Cela signifie qu'un lumen correspond au flux émis par une source d'une intensité d'un candela au sein d'un angle solide d'un stéradiant.

Intensité lumineuse - Candela

Intensité lumineuse émise dans une direction précise. Elle est quantifiée en Candela (cd)

Plus précisément: intensité lumineuse correspondant à une puissance énergétique de 1/683 watt par stéradian.

On a 1 candela = 1 lumen par stéradian

Pour être concret :

Quel est l'intensité lumineuse I d'une lampe ayant un flux de Φ=0,5 lm dans un angle de θ=5°?

Idem avec θ=10°.

Nous savons que I = Φ / Ω avec Ω=2π * (1- cos θ1/2)

Avec θ1/2= θ/2

D'où I = Φ / [2π * (1- cos θ/2)]

Application numérique :

I5 = 0.5 / [2π * (1- cos 5/2°)] =  0.5 / [2π * (1- cos 5/2° *π/180)] = 83,6 cd

I10 = 0.5 / [2π * (1- cos 10/2°)] =  0.5 / [2π * (1- cos 10/2° *π/180)] = 20,9 cd

Nous pouvons tirer de cet exemple une remarque importante : la valeur de l'intensité d'une lampe représente souvent mal la puissance de celle-ci.

En effet, I5 > 4*I10 alors que les deux ampoules émettent la même puissance (elles émettent la même quantité de photons par unité de temps).

Eclairement

L'éclairement correspond au flux lumineux reçu en un point d'un solide divisé par l'aire de ce dernier. Il est quantifié en lux (lx)

1 lx = éclairement d’une surface recevant un flux de 1 lm/m2.

Quelques ordres de grandeur: