6. Le règne des semi-conducteurs

Les fermions présentent des propriétés tout aussi intéressantes que celles des bosons. En pratique, les électrons sont le cas particulier le plus important de fermions, car ce sont eux qui sont responsables de la conduction électrique dans les métaux et les semi-conducteurs. Il est impossible de comprendre le phénomène de la conduction électrique sans faire appel à la physique quantique. Deux propriétés sont fondamentales : la propagation ondulatoire des électrons dans un réseau cristallin et le principe d’exclusion de Pauli, conséquence du caratère fermionique des électrons. Dans la section 6.1, je donnerai quelques éléments de la théorie de la propagation des électrons dans un cristal, avec comme conséquence le phénomène des bandes d’énergie et je décrirai le remplissage de ces bandes conformément au principe de Pauli. Cela sera utilisé dans la section 6.2 pour l’étude des propriétés des semi-conducteurs, qui sont le matériau de base de toute l’électronique, de la technologie des ordinateurs et des téléphones portables, des lecteurs de CD et de codes-barres et des télécommunications à haut débit. Enfin, dans les sections 6.3 et 6.4, j’expliquerai le principe des diodes électroluminescentes (LED) et des diodes laser.
Au chapitre précédent, nous avons décrit la tendance qu’ont les bosons à s’agglutiner dans le même état quantique. C’est la situation exactement inverse qui prévaut pour les fermions : il est impossible de mettre deux fermions identiques dans le même état quantique…