Définition
Le gap représente la barrière d'énergie qu'un électron doit franchir pour passer d'un état où il est lié à un atome à un état où il peut circuler librement et conduire l'électricité. On peut l'imaginer comme un fossé : si le fossé est étroit (semi-conducteur), l'électron peut sauter de l'autre côté avec un peu d'aide ; s'il est trop large (isolant), l'électron reste bloqué.
L'essentiel
- C'est la différence d'énergie entre la bande de valence et la bande de conduction.
- Il définit si un matériau est isolant, semi-conducteur ou conducteur.
- Il s'exprime généralement en électron-volts (eV).
Formule et propriétés
Emprunté à l'anglais band gap, signifiant littéralement « espace dans la bande ». En physique et chimie des matériaux, cela désigne l'espace vide entre deux zones d'énergie autorisées pour les électrons.
Comment l'utiliser
- Le Silicium possède un gap modéré, ce qui en fait le roi des composants électroniques.
- Le Diamant a un gap très large, ce qui explique pourquoi il est un excellent isolant électrique.
- Dans les métaux comme le cuivre, le gap est inexistant car les zones d'énergie se chevauchent, permettant aux électrons de circuler librement.
Utilisations
Ce concept est fondamental pour concevoir des panneaux solaires (le gap détermine quelle couleur de lumière est absorbée), des LED (le gap définit la couleur de la lumière émise) et des transistors pour nos ordinateurs.
Dangers et précautions
Lorsqu'on étudie un matériau, il ne faut pas oublier que la valeur du gap peut varier légèrement en fonction de la température ou de la pression appliquée au cristal.
Substances liées
Stockage et élimination
Pour bien visualiser le concept, retenez que plus le gap est petit, plus le matériau est sensible à la chaleur ou à la lumière pour devenir conducteur.
Questions fréquentes
Un matériau avec un grand gap peut-il devenir conducteur ?
Difficilement. Il faudrait lui apporter une énergie colossale (chaleur ou tension extrême), ce qui risque de détruire le matériau avant qu'il ne conduise efficacement.
Pourquoi parle-t-on de 'bande interdite' ?
C'est le nom français du gap. On l'appelle ainsi car les électrons n'ont physiquement pas le droit de posséder un niveau d'énergie situé dans cet intervalle.