Un semi-métal est un matériau avec un petit chevauchement de l’énergie de la bande de conduction et des bandes de valence.

Cependant, le bas de la bande de conduction est généralement situé dans une partie différente de l’espace de moment (à un vecteur k différent) que le haut de la bande de valence. On pourrait dire qu’un semi-métal est un semi-conducteur avec une bande interdite indirecte négative. Schématiquement, la figure montre

A) un semi-conducteur avec un espace direct (comme par ex. CuInSe2), B) un semi-conducteur avec un espace indirect (comme Si) et C) un semi-métal (comme Sn ou graphite).

La figure est schématique, ne montrant que la bande de conduction de la plus basse énergie et la bande de valence de la plus haute énergie dans une dimension de l’espace de moment (ou espace k). Dans les solides typiques, l’espace k est tridimensionnel et il existe un nombre infini de bandes.

Contrairement à un métal ordinaire, les semi-métaux ont des porteurs de charge des deux types (trous et électrons), généralement en plus petit nombre qu’un métal réel. Les propriétés électriques des semi-métaux sont à mi-chemin entre celles des métaux et des semi-conducteurs. Les éléments semi-métalliques classiques sont l’arsenic, l’antimoine et le bismuth. Ceux-ci sont également considérés comme des métalloïdes mais les concepts ne sont pas synonymes. Les semi-métaux, contrairement aux métalloïdes, peuvent également être des composés tels que l’HgTe, et l’étain et le graphite ne sont généralement pas considérés comme des métalloïdes.

Le graphite et le boronnitrure hexagonal (BN) constituent une comparaison intéressante. Les matériaux ont essentiellement la même structure en couches et sont isoélectroniques. Cependant le BN est un semi-conducteur blanc et le graphite un semi-métal noir, car dans un cas l’écart est positif (comme le cas B sur la figure) dans l’autre négatif (voir C).

Comme les semi-métaux ont moins de porteurs de charge que les métaux, ils ont généralement des conductivités électriques et thermiques plus faibles. Ils ont également de petites masses efficaces pour les trous et les électrons car le chevauchement de l’énergie est généralement le résultat du fait que les deux bandes d’énergie sont larges. De plus, ils présentent généralement des susceptibilités diamagnétiques élevées et des constantes diélectriques à réseau élevées.

1. ^Burns, Gerald (1985). Physique de l’état Solide. Presse académique, Inc., 339-40. ISBN 0-12-146070-3.
2. ^ Wang, Yang; N. Mansour, A. Salem, K.F. Brennan et P.P. Ruden (1992). « Étude théorique d’un photodétecteur d’avalanche semi-métallique à faible bruit potentiel ». IEEE Journal of Quantum Electronics 28 (2): 507-513. doi: 10.1109 / 3.123280. Récupéré le 2006-06-08.

Voir aussi

• Métal
• Métalloïde
• Semi-conducteur
• Physique à l’état solide