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Annale · 2022★★★Niveau moyenSession du 26 avril 2022· 685 candidats

Physique-SI X-ENS MP 2022 — sujet, corrigé et rapport jury

Trois parties étudiant les propriétés électriques des semi-conducteurs. Moyenne 10.12, σ=4.99 sur 685 candidats. Sujet, corrigé Hadamard et synthèse rapport jury.

Mohamed K.

Mohamed K.

Centralien · MPSI puis MP · Recherche ML santé

Aperçu rapide

Difficulté

★★★Niveau moyen

Moyenne

10.12/20

Top 25%

13.5

Présents

685

Top piège du sujet : Délaisser les questions d'analyse au profit des questions calculatoires

Statistiques jury

Comment les candidats s'en sont sortis

Notes brutes officielles publiées par le jury — non harmonisées.

Moyenne

10.12

Médiane

10.1

Écart-type

4.99

Q1 (25%)

6.8

Q3 (75%)

13.5

Candidats présents

685

Analyse

Ce qu'a observé le jury

Synthèse Hadamard du rapport officiel — citations, chiffres et conseils du jury.

Présentation du sujet

Trois parties étudiant les propriétés électriques des semi-conducteurs. Partie 1 : caractérisation d'un semi-conducteur — bandes d'énergie, dopage type N et P, concentration des porteurs (électrons/trous) à l'équilibre. Partie 2 : diode à jonction PN — étude électrostatique de la zone de charge d'espace, phénomène de diffusion, caractéristique courant/tension. Partie 3 : transistor bipolaire NPN — structure amplificatrice, gain en courant, polarisation, régime dynamique…

Structure de l'épreuve

  1. Partie IPartie 1 — Caractérisation électrique des semi-conducteurs(Q1-Q12)Niveau attendu

    Bandes d'énergie, concentration des porteurs à l'équilibre, électrons et trous. Dopage qualitatif puis quantitatif : semi-conducteur sans impuretés vs avec impuretés D (donneur). 12 questions, abordée par la majorité des candidats — Q1a traitée par 80 % mais réussie par 10 %.

  2. Partie IIPartie 2 — Diode à jonction PN(Q13-Q31)Difficile

    Analyse de la zone de charge d'espace entre zones N et P. Étude électrostatique : champ et potentiel de la jonction. Diffusion et création de la zone de charge d'espace. Caractéristique courant/tension. Q13a-Q15 abordées par 70-87 %, taux de réponse chute à 10-15 % en fin de partie.

  3. Partie IIIPartie 3 — Transistor bipolaire NPN(Q32-Q50)Très difficile

    Deux diodes tête-bêche. Structure amplificatrice : gain en courant, schéma électronique de polarisation, régime dynamique autour d'un point de fonctionnement, dérive thermique en régime statique. Abordée par une minorité de candidats (taux 0-30 % selon les questions).

Analyse globale du jury

« Sujet en trois parties sur les semi-conducteurs. Les parties 2 et 3 ont été nettement moins abordées que la première (à part les premières questions de la partie 2). Ce sont pourtant ces 2 dernières parties qui ont permis de départager les meilleurs candidats. La partie 1, malgré la dernière question, a été abordée par la majorité. Les questions nécessitant des qualités d'analyse ont été significativement moins abordées que celles strictement calculatoires, et lorsqu'elles ont été abordées, ont été assez mal traitées (Q1a : 80 % de copies, 10 % de réussite). Pour 1071 candidats : moyenne 10,12/20 (σ=4,99) sur 685 français, 7,58/20 (σ=4,78) sur 386 étrangers. Distribution : ~110 entre 0-4, 320 entre 4-8, 280 entre 8-12, 200 entre 12-16, 140 entre 16-20. »

Top pièges sanctionnés

  • Délaisser les questions d'analyse au profit des questions calculatoires-2 pts

    « On regrettera que les questions nécessitant des qualités d'analyse aient été significativement moins abordées que celles plus strictement calculatoires. Lorsqu'elles ont été abordées, elles ont été assez mal traitées, comme la question 1a par exemple qui a été traitée par 80 % des candidats mais seuls 10 % des candidats y ont répondu correctement. »

  • Survoler la partie 1 et négliger parties 2-3 qui font la différence-3 pts

    « Les parties 2 et 3 ont été nettement moins abordées que la première partie. Ce sont pourtant ces 2 dernières parties qui ont permis de départager les meilleurs candidats. »

Chapitres clés à maîtriser

Physique des semi-conducteurs (bandes, dopage, porteurs)
Électrostatique (équation de Poisson, jonction PN)
Diffusion et conduction (équation de Boltzmann, loi d'Ohm)
Électronique (diode, transistor bipolaire, amplification)
Thermodynamique statistique (équilibre, statistique de Boltzmann)

Ressources

Téléchargements

Sujet officiel, corrigé Hadamard et rapport jury — tout en un endroit.

FAQ

Questions fréquentes — 2022

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