J'ai créé ce modèle pour mes élèves de physique (classe de seconde) afin de les aider à comprendre comment les semi-conducteurs au silicium sont construits grâce aux paires d'électrons et ce qu'est le dopage. Dans ce modèle, les électrons des couches internes sont fixes, mais ceux de la couche externe peuvent et doivent être placés librement. De plus, les noyaux indiquent le nombre de protons (en ignorant les neutrons).

Pièces

cadres uniques / couches externes pour différents atomes
cadre avec 8 atomes de silicium fixes et une place libre pour différents atomes
trois types d'atomes : silicium, bore, phosphore.

Utilisation

1️⃣ Commencez par montrer les trois éléments différents dans les cadres uniques, ajoutez les électrons externes manquants et expliquez comment le nombre d'électrons est égal au nombre de protons et comment ces atomes sont électriquement neutres.

2️⃣ Placez un atome de silicium au milieu du cadre 3×3.

3️⃣ Ajoutez les électrons externes et discutez de la liaison par paires, en soulignant notamment que chaque atome de silicium “voit” maintenant huit électrons externes, considérant ainsi la couche comme complète.

4️⃣ Retirez l'atome de silicium central et ses électrons, et expliquez que la charge nette n'a pas changé (retrait de 14 électrons et 14 protons).

5️⃣ Dopage de type p : ajoutez maintenant un atome de bore et ses électrons au milieu de la grille, expliquez à nouveau que la charge nette reste nulle, mais qu'il manque maintenant un électron sur la couche externe puisque le bore n'en a que trois sur sa couche externe. Ce qui laisse une lacune.

Déplacez ensuite la lacune en déplaçant certains électrons et expliquez que des charges locales apparaissent là où l'électron du silicium a disparu pour combler la lacune dans la couche du bore.

6️⃣ Dopage de type n : ajoutez du phosphore et expliquez l'électron supplémentaire, etc.

Impression

Importez les fichiers suivants en tant que pièces individuelles et colorez l'objet de manière appropriée.

frame.stl + b_protons.stl + b_base.stl + b_electrons.stl
frame.stl + p_base.stl + p_electrons.stl + p_protons.stl
frame.stl + si_base.stl + si_electrons.stl + si_protons.stl
si_multi_base.stl + si_multi_electrons.stl + si_multi_protons.stl
electron.stl (60 exemplaires)

Paramètres d'impression :

multicolore (si possible)
hauteur de couche de 0,2 mm, buse de 0,4 mm
2 parois
5 couches supérieures / 3 couches inférieures
remplissage en grille à 15 %
aucun support

Fichiers CAO

Vous pouvez trouver mes fichiers CAO sur Onshape et créer d'autres atomes, etc.

Atomes 3Dプリントモデル＆無料STLファイル