Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Yvan SEGUI : Directeur de Recherches au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) - Laboratoire de Génie électrique ESA 5003. Université Paul Sabatier
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans cet article, on s’intéresse aux mouvements de charges sur des distances beaucoup plus importantes que quelques distances interatomiques. Les courants que l’on va mesurer sont même dus, pour une large part, à des porteurs qui, injectés à partir d’une des électrodes, vont traverser l’épaisseur du matériau. Gardons tout de même en mémoire le fait qu’un mouvement localisé de porteur donnera lieu à un courant mesurable dans le circuit extérieur, même si le porteur ne sort pas du diélectrique.
Mesurer la conduction dans un diélectrique peut, à priori, apparaître comme paradoxal ou inutile, puisque sa fonction principale est, en général, d’assurer une isolation. Toutefois, ce que l’on appelle communément des isolants sont des matériaux dont la résistivité varie de quelques 10 8 Ω · cm jusqu’à 1018 Ω · cm ou plus. Cette variation de plus de 10 décades suggère fortement que plusieurs phénomènes ou mécanismes de conduction peuvent générer des courants.
En outre, d’un point de vue des composants et des systèmes , deux aspects sont extrêmement importants :
-
le cas de l’utilisation des matériaux à très faibles pertes (par exemple, les condensateurs) ;
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le cas où l’évolution des très faibles courants de conduction est le signe avant-coureur d’une dégradation des propriétés du matériau d’isolation qui va, à terme, mettre fin à la vie du dispositif.
Il est donc utile, voire indispensable dans certains cas, de pouvoir mesurer, analyser et comprendre l’origine des courants de conduction qui apparaissent dans les isolants lorsqu’ils sont soumis intentionnellement ou non à un champ électrique. Cette nécessité est renforcée par le fait que l’évolution actuelle du matériel en construction électrique tend vers des puissances massiques et des températures de fonctionnement plus élevées. Cette évolution conduit à un accroissement des contraintes, notamment électriques, sur les isolants et ne permet plus la solution de facilité qui consistait à augmenter l’épaisseur d’isolation, mais nous oblige à une utilisation plus proche des limites de tenue des matériaux diélectriques.
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Conduction dans les gaz
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1. Généralités
1.1 Conduction et structure des matériaux
1.1.1 Rappel sur la théorie des bandes
Les théories de la conduction consistent à décrire les phénomènes d’injection et de mouvements de porteurs sous l’action d’un champ électrique. Outre ce champ extérieur, les porteurs sont, dans la matière, en interaction avec les atomes et les molécules ; l’outil qui nous permet de décrire ces interactions dans la matière organisée est connue sous le nom de théorie des bandes.
Cette théorie est parfaitement établie pour les solides monocristallins (voir, par exemple ). Rappelons-en ici les résultats principaux qui nous seront utiles pour décrire les mécanismes de conduction. Cette description s’adresse aux porteurs de type électron ou trou (défaut d’électrons) ; le cas des ions échappe à ce type d’analyse et sera envisagée au paragraphe 3.
La répartition en énergie des porteurs dans un matériau détermine largement les propriétés de conduction.
La mécanique quantique nous apprend que, dans un solide cristallin, les porteurs ne peuvent pas acquérir n’importe quelle énergie. Il existe des bandes d’énergie permises (de valence et de conduction, § 1.1.2) et des bandes d’énergies interdites (figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRUNET (H.), TEYSSIER (J.L.) - Introduction à la physique des matériaux conducteurs et semiconducteurs. - 316 p. 1992. Dunod Paris.
-
(2) - ANDERSON (P.W.) - * - Physical Review 109, 1958 p. 1492-1498.
-
(3) - MOTT (N.F.) - Conduction in non crystalline materials - (Conduction dans les matériaux non cristallins). 128 p. 1987. Clarendon Press Oxford university Press (GB).
-
(4) - RAIZER (Y.P.) - Gaz discharge physics - (Physique des décharges dans les gaz). 449 p. 1991. Springer Verlag Berlin.
-
(5) - NASSER (E.A.) - Fondamentals of gaseous ionization and plasma electronics - part 1 - (Bases de l’ionisation dans les gaz et de l’électronique des plasmas − tome 1) 249 p. 1971 Wiley interscience New York (USA).
-
(6) - * - Cours de Physique de Berkeley Tome 2 :...
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