CCINP Physique Chimie PSI 2026Sujet, corrigé et rapport du jury
Semi-conducteurs et convertisseurs de puissance
Faisable en sup ?
Faisable en partie en PCSI : 4 questions sur 36. Autres questions faisables en PCSI
Autres premières années : BCPST1 9 questions.
Détail par partie
- Partie I : Dopage des semi-conducteurs0/82e année
- Partie II : Forme stable du silicium dans la nature1/4En partie
- Partie III : Circuit RLC et hacheurs parallèles3/12En partie
- Partie IV : Blindage électromagnétique0/122e année
Téléchargements
Présentation du sujet
Difficulté moyenneSemi-conducteurs et convertisseurs de puissance : dopage, silicium, hacheur et blindage électromagnétiqueAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Difficulté moyenneLe sujet comporte quatre parties indépendantes autour des semi-conducteurs et des convertisseurs de puissance. Il traite la diffusion de dopants dans le silicium, la stabilité du silicium en présence de dioxygène, un circuit RLC puis le dimensionnement d'un hacheur, et enfin le blindage électromagnétique par un conducteur ohmique. Chaque partie part de questions simples et se complexifie progressivement.
- 1Partie I : dopage des semi-conducteurs (Q1 à Q8)Loi de Fick, bilan de particules et équation de diffusion, conservation du nombre d'atomes dopants puis estimation du coefficient de diffusion à partir d'un graphique.
- 2Partie II : forme stable du silicium (Q9 à Q12)Position du silicium dans la classification, enthalpie et entropie standard de réaction, puis sens d'évolution de l'oxydation du silicium.
- 3Partie III : circuit RLC et hacheurs parallèles (Q13 à Q24)Équation différentielle et facteur de qualité d'un RLC à partir de réponses indicielles, question ouverte sur des signaux en quadrature, puis dimensionnement de la bobine et du condensateur d'un hacheur selon un cahier des charges.
- 4Partie IV : blindage électromagnétique (Q25 à Q36)Équations de Maxwell dans un conducteur ohmique, équation de diffusion du champ, relation de dispersion, épaisseur de peau, puis bilan de puissance avec le vecteur de Poynting et l'effet Joule.
Difficulté moyenne. Le jury juge la longueur raisonnable et le sujet mieux réussi que les années précédentes, avec des parties progressives, mais les dernières questions ont rarement abouti.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 10,01 / 20 · écart-type 4,21 · 5 302 présents · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 10,01/ 20
- Écart-type
- 4,21
- Présents
- 5 302
- Coefficient
- 9
- Durée
- 4 h
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : document officiel du concours, épreuve du 20 avril 2026. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesUnités du vecteur courant de diffusion · Évolution chimique incomplète · Facteur de qualité et réponse indicielleAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe sujet, de longueur raisonnable, a pu être parcouru en entier et a été mieux réussi que les années précédentes, avec très peu de copies presque vides. Le jury relève toutefois des points perdus par manque de rigueur, de réflexion et de précision. La partie sur le blindage électromagnétique a été la mieux réussie.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Unités du vecteur courant de diffusionQ1
La loi de Fick est connue mais l'unité du vecteur densité de courant de particules est confondue avec celle d'autres courants de transport.
« La loi de Fick est généralement bien connue mais les unités sont souvent fausses. »
- 2Évolution chimique incomplèteQ11, Q12
Le calcul de la constante d'équilibre ne suffit pas : il fallait comparer le quotient de réaction à la constante ou étudier le signe de l'enthalpie libre de réaction.
« Les candidats se sont souvent arrêtés au calcul de la constante d’équilibre pour cette question. »
- 3Facteur de qualité et réponse indicielleQ14
Le facteur de qualité est comparé à la mauvaise valeur, et certains parlent de résonance pour une réponse à un échelon.
« Attention, il n’y a pas de résonance pour une réponse indicielle. »
- 4Signaux en quadratureQ15
Beaucoup constatent le déphasage sans le relier à l'égalité entre pulsation d'entrée et pulsation propre, ou confondent un déphasage de π/4 avec π/2.
- 5Hacheur étudié par mimétismeQ19, Q21
Des candidats reprennent la relation du hacheur série vu en cours au lieu d'étudier le hacheur proposé, et confondent intensités instantanées et valeurs moyennes.
« par mimétisme avec l’étude du hacheur série, certainement fait en cours. »
- 6Ordres de grandeur et homogénéitéQ26, Q28, Q32
Le courant de déplacement est déclaré négligeable sans comparaison chiffrée, l'unité du coefficient de l'équation est souvent fausse, d'où des confusions entre équation de d'Alembert et équation de diffusion.
« Le calcul des ordres de grandeurs comparés est mal maîtrisé par les candidats. »
Ce qui a été bien réussi
- Le bilan de particules et l'équation de diffusion (Q2 à Q4) ont été souvent bien traités.
- Le calcul de l'enthalpie standard de réaction et l'interprétation de son signe n'ont pas posé de problème (Q10).
- Les calculs menant à l'équation différentielle du RLC ont été bien menés (Q13).
- Les équations de Maxwell sont connues et l'équation d'onde a été trouvée dans presque toutes les copies (Q25, Q27).
Conseils du jury
- Justifier brièvement chaque réponse : les copies aux justifications courtes sont souvent celles qui ont de bonnes réponses.
- Donner chaque application numérique avec une unité du système international ou une unité usuelle simple.
- Lire attentivement l'énoncé à chaque question et vérifier que la réponse correspond à la demande.
- Justifier une approximation par un calcul d'ordre de grandeur comparé.
- Barrer proprement les erreurs pour que la copie reste lisible.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
Corrigé détaillé
36 questionsIndice, stratégie puis corrigé complet pour chaque question.Afficher ou masquer la section
Corrigé détaillé
36 questions36 questions corrigées une à une : un indice, puis la stratégie, puis le corrigé complet avec le résultat encadré. Chaque question est vérifiée avant publication.
- Q1En notant le coefficient de diffusivité, rappeler simplement la loi de Fick qui lie le vecteur courant de…
- Q2Établir par une loi de conservation, sur un système que vous préciserez, une relation aux dérivées…
- Q3En déduire l'équation de diffusion vérifiée par la concentration.
- Q4Par une analyse dimensionnelle, relier de façon qualitative la longueur caractéristique du phénomène de…
- Q5En remarquant que pour, les atomes de phosphore qui se trouvaient à l'instant en ont tous diffusés dans le…
- Q6Exprimer en fonction de et de. Ce résultat est-il cohérent avec la relation qualitative, trouvée à la…
- Q7Identifier sur la figure 2 chacune des courbes correspondant à, et.
- Q8Évaluer numériquement le coefficient de diffusivité à l'aide de la figure 2, en utilisant la courbe c dont…
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- Q9À quelle période (ou ligne) et à quelle famille (ou colonne) de la classification périodique des éléments…
- Q10Calculer l'enthalpie standard de la réaction (1). Conclure quant au caractère endothermique ou exothermique…
- Q11Calculer l'entropie standard de la réaction (1). Son signe était-il prévisible ?
- Q12À la température et sous une pression, la réaction (1) est-elle négligeable, quantitative ou partielle ?…
- Q13Établir l'équation différentielle reliant les deux tensions et. La mettre sous la forme canonique suivante…
- Q14Attribuer à chacune des réponses indicielles a, b et c le facteur de qualité correspondant. La justification…
- Q15Dans cette question, il est demandé de faire preuve d'autonomie. Toute démarche même partielle de résolution…
- Q16Préciser au regard des règles d'interconnexions entre les sources et des contraintes imposées dans notre…
- Q17Quel est le rôle du condensateur de capacité ?
- Q18Écrire les deux équations différentielles vérifiées par l'intensité du courant dans chacun des deux…
- Q19Déterminer la relation qui lie, et, puis la valeur numérique de.
- Q20Représenter graphiquement l'allure de l'intensité du courant en fonction de.
- Q21À l'aide de considérations énergétiques, exprimer, en fonction de et de, la valeur moyenne de l'intensité du…
- Q22Déterminer en fonction de,,, et de, l'expression et la valeur numérique minimale de l'inductance à utiliser…
- Q23Déterminer l'équation différentielle vérifiée par la tension aux bornes du condensateur lorsque est fermé…
- Q24Déterminer, en faisant les approximations qui s'imposent, l'expression littérale de la capacité minimale à…
- Q25Écrire les équations de Maxwell dans le conducteur ohmique ainsi que la loi d'ohm locale.
- Q26Après avoir justifié que le courant de déplacement est négligeable devant le courant de conduction…
- Q27Montrer que le champ électrique vérifie l'équation d'onde de la forme:. Préciser l'expression de en fonction…
- Q28Quelle est l'unité de dans le Système International (S.I.) ? De quel type d'équation s'agit-il ? Préciser un…
- Q29Déterminer la relation de dispersion qui lie et. Le conducteur ohmique est-il un milieu dispersif ou non ?
- Q30Déterminer, en fonction de, et de, les expressions complexes du champ électrique et de la densité de courant…
- Q31Donner le nom et l'unité de. Que peut-on dire des champs et pour ?
- Q32Pour écranter les perturbations électromagnétiques, on dépose une couche métallique sur une plaque non…
- Q33Préciser simplement quel phénomène physique est à l'origine de l'atténuation des ondes électromagnétiques…
- Q34Déterminer en fonction de,,, et de la puissance moyenne qui entre dans le conducteur à travers la section…
- Q35On considère une tranche de conducteur située entre et. Déterminer en fonction de,, et de la puissance…
- Q36En déduire, en fonction,,, et de la puissance moyenne dissipée dans le conducteur semi-infini de section…
Description
Le sujet comporte quatre parties indépendantes autour des semi-conducteurs et des convertisseurs de puissance. Il traite la diffusion de dopants dans le silicium, la stabilité du silicium en présence de dioxygène, un circuit RLC puis le dimensionnement d'un hacheur, et enfin le blindage électromagnétique par un conducteur ohmique. Chaque partie part de questions simples et se complexifie progressivement.
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L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.Afficher ou masquer la section
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ÉPREUVE SPÉCIFIQUE - FILIÈRE PSI
PHYSIQUE - CHIMIE
N.B. : le candidat attachera la plus grande importance à la clarté, à la précision et à la concision de la rédaction. Si un candidat est amené à repérer ce qui peut lui sembler être une erreur d'énoncé, il le signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il a été amené à prendre.
- -Utiliser uniquement un stylo noir ou bleu foncé non effaçable pour la rédaction de votre composition ; d'autres couleurs, excepté le vert, bleu clair ou turquoise, peuvent être utilisées, mais exclusivement pour les schémas et la mise en évidence des résultats.
- -Ne pas utiliser de correcteur.
- -Écrire le mot FIN à la fin de votre composition.
Semi-conducteurs et convertisseurs de puissance
Partie I - Dopage des semi-conducteurs

Ainsi :
- -à l'instant
t = 0 , la concentration en atomes de phosphore est nulle en tout pointM d'abscissex ≠ 0 ; - -à l'instant
t = 0 , on définit dans le planx = 0 la densité surfaciqueσ d'atomes de phosphore.
- Q1.En notant
D le coefficient de diffusivité, rappeler simplement la loi de Fick qui lie le vecteur courant de diffusion de particules :j⃗(x, t) = j(x, t)e⃗_x et la concentrationC(x, t) . Préciser les unités des grandeurs qui interviennent. - Q2.Établir par une loi de conservation, sur un système que vous préciserez, une relation aux dérivées partielles entre
j(x, t) etC(x, t) . - Q3.En déduire l'équation de diffusion vérifiée par la concentration
C(x, t) . - Q4.Par une analyse dimensionnelle, relier de façon qualitative la longueur caractéristique
L_c du phénomène de diffusion à sa duréeτ_c . On admettra que les coefficients adimensionnés sont de l'ordre de l'unité.
- Q5.En remarquant que pour
t > 0 , les atomes de phosphore qui se trouvaient à l'instantt = 0 enx = 0 ont tous diffusés dans le substrat, déterminer l'expression deα en fonction deσ et deD .
- Q6.Exprimer
p en fonction deD et det . Ce résultat est-il cohérent avec la relation qualitative, trouvée à la question Q4 ?
Figure 2 - Concentration en atome de phosphore en fonction dex
- Q7.Identifier sur la figure 2 chacune des courbes correspondant à
C(x, t = 1 h), C(x, t = 2 h) etC(x, t = 5 h) . - Q8.Évaluer numériquement le coefficient de diffusivité
D à l'aide de la figure 2, en utilisant la courbe c dont l'origine est àC(x = 0, t fixé)≈ 270μ ⋅ m^(− 3) .
Partie II - Forme stable du silicium dans la nature
- Q9.À quelle période (ou ligne) et à quelle famille (ou colonne) de la classification périodique des éléments appartient le silicium ?
- Q10.Calculer l'enthalpie standard
Δ_r H_1^∘ de la réaction (1). Conclure quant au caractère endothermique ou exothermique de cette réaction. - Q11.Calculer l'entropie standard
Δ_r S_1^∘ de la réaction (1). Son signe était-il prévisible ? - Q12.À la température
T = 298 K et sous une pressionP = P_(atm) = 10^5 Pa , la réaction (1) est-elle négligeable, quantitative ou partielle ? Quelle opération d'électrométallurgie doit-on effectuer pour obtenir du silicium libreSi_((s)) , utilisé pour l'élaboration de semi-conducteurs ?
Partie III - Circuit RLC et hacheurs parallèles
III. 1 - Circuit RLC

- Q13.Établir l'équation différentielle reliant les deux tensions
U_s etU_e . La mettre sous la forme canonique suivante :
(d^2 U_s)/(dt^2) + (ω_0)/Q(dU_s)/(dt) + ω_0^2 U_s = ω_0^2 U_e
en explicitant les expressions du facteur de qualitéQ et de la pulsation propreω_0 en fonction deR, L et deC .




- Q15.Dans cette question, il est demandé de faire preuve d'autonomie. Toute démarche même partielle de résolution sera prise en compte.
Déterminer numériquement les valeurs du facteur de qualitéQ et de la pulsation propreω_0 du circuit utilisé lors de cet essai en régime sinusoïdal forcé.
III. 2 - Conception d'un hacheur simple

On pose
On impose de plus les deux contraintes suivantes:
- -on note respectivement
I_(1_(max)) etI_(1_(min)) les valeurs maximale et minimale de l'intensité du couranti_1(t) sur une période de hachage. L'intensité du courant d'entrée a pour valeur moyenneI_1 et l'ondulation du courant d'entrée,ΔI_1 = I_(1_(max)) − I_(1_(min)) , ne doit pas dépasser10% de la valeur moyenneI_1 ; - -on note respectivement
E_(max) etE_(min) les valeurs maximale et minimale de la tensione(t) sur une période de hachage. La tensione(t) a pour valeur moyenneE et son ondulation, définie parΔE = E_(max) − E_(min) , ne doit pas dépasser la valeurΔE_(max) = 100mV . - Q16.Préciser au regard des règles d'interconnexions entre les sources et des contraintes imposées dans notre application, la (les) fonctionnalité(s) qu'assure l'inductance pure
L . - Q17.Quel est le rôle du condensateur de capacité
C ?
Q20. Représenter graphiquement l'allure de l'intensité du courant
Q21. À l'aide de considérations énergétiques, exprimer, en fonction de
Partie IV - Blindage électromagnétique
IV. 1 - Modélisation

IV. 2 - Expressions des champs dans le conducteur
Q26. Après avoir justifié que le courant de déplacement est négligeable devant le courant de conduction, simplifier l'équation de Maxwell-Ampère.
Q30. Déterminer, en fonction de
Q31. Donner le nom et l'unité de
IV. 3 - Considérations physiques sur l'écrantage
- Q32.Pour écranter les perturbations électromagnétiques, on dépose une couche métallique sur une plaque non conductrice. Cet écrantage est-il plus efficace pour des ondes électromagnétiques basse ou haute fréquence ?
Déterminer numériquement l'ordre de grandeur de l'épaisseur du dépôt métallique nécessaire pour écranter efficacement une onde électromagnétique de fréquencef = 1MHz . - Q33.Préciser simplement quel phénomène physique est à l'origine de l'atténuation des ondes électromagnétiques dans les conducteurs ohmiques ?

- Q34.Déterminer en fonction de
E_0, μ_0, γ, ω et deS la puissance moyenne qui entre dans le conducteur à travers la sectionS située enz = 0^+ . - Q35.On considère une tranche de conducteur située entre
z etz + dz . Déterminer en fonction deγ, δ, S et deE_0 la puissance moyenne dissipée dans cette tranche de conducteur. - Q36.En déduire, en fonction
E_0, μ_0, γ, ω et deS la puissance moyenne dissipée dans le conducteur semi-infini de sectionS . Conclure.
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Sur la diffusion de particules, la thermochimie, les circuits du deuxième ordre et les hacheurs, ainsi que les équations de Maxwell et la propagation dans un conducteur ohmique avec l'effet de peau.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées en physique-chimie CCINP PSI 2026 ?
Des unités fausses (loi de Fick, coefficient de l'équation de diffusion), une étude d'équilibre chimique arrêtée à la constante, une mauvaise lecture du facteur de qualité et des ordres de grandeur mal comparés.
Le sujet de physique-chimie CCINP PSI 2026 était-il long ?
Non, le jury le juge de longueur raisonnable : tous les candidats ont pu le parcourir, et chaque partie commençait par des questions simples.
Quelle partie du sujet de physique-chimie CCINP PSI 2026 a été la mieux réussie ?
Selon le jury, la partie IV sur le blindage électromagnétique. La partie chimie était volontairement plus courte que les années précédentes.
Pas de description pour le moment
