I.6 l'oxyde de zinc (ZnO)
I.6.1 Propriété de l'oxyde de zinc (ZnO)
L'oxyde de zinc, appelé blanc de zinc ou blanc de
neige, est une poudre blanche préparée par combustion de la
vapeur de zinc. Elle est employée comme pigment dans les peintures, et
comme charge dans les pneus en caoutchouc L17].
Les couches minces d'oxydes sont transparentes dans le
visible, réflectives dans l'IR et bonnes conductrices, ont connues
depuis quelques années un développement important, notamment a
cause de leur propriété électrique et optique
particulière. Et parmi ces oxydes nous citerons l'oxyde zinc qui
à prouvé depuis plusieurs années sa parfaite adaptation
aux différentes caractéristiques cité ci-dessus
L18]. Donc très approprié pour des applications dans
différents domaines t'elle que l'électronique,
l'optoélectronique, la conversion photovoltaïque et les capteurs de
gaz MOX.
I.6.2 Structure cristalline du ZnO
Le ZnO est un semiconducteur de la famille II-VI, il se
compose de Zinc (Zn) et d'Oxygène (O). Il se cristallise sous trois
formes, cubique, rocksalt et hexagonale wurtzite (figure I.16)
L19].
La structure de ZnO la plus stable thermodynamiquement est
hexagonal wurtzite L20]L21]. Elle cristallise selon la
structure hexagonale compacte, ou Chaque atome de zinc est entouré de
quatre atomes d'oxygène situés aux sommets d'un
tétraèdre (figure I.16. (b)).
Cette disposition est caractéristique des liaisons
covalentes de type sp3, mais ZnO a aussi à 50% un
caractère ionique. Les paramètres de maille de ZnO Würtzite
sont a = 3.2495A, c = 5.2069A, et c/a =
1.6022 L22].
Le ZnO peut aussi avoir une structure Rocksalt (NaCl) sous une
pression hydrostatique (p = 10GPa) avec réduction de la maille
en faveur des interactions coulombiennes L17], et une
structure zinc-blende métastable par hétéroépitaxie
par jet moléculaire (MBE) sur des substrats cubiques tels que : ZnS,
GaAs/ZnS, et Pt/TiSiO2.
Chapitre I Les capteurs de gaz (chimiques)
b)
C
d
a)
c) d)
Figure I.16. Différentes structures de
l'oxyde de zinc. A) hexagonal compact de type wurtzite, b)
maille conventionnelle de la structure wurtzite, c) structure zinc blende et d)
structure rocksalt.
I.6.3 Structure Electronique du ZnO
On rappelle que les structures électroniques de bande de
l'oxygène et du zinc sont :
O: 1s2 2s2 2p4
Zn: 1s2 2s2 2p6 3s2
3p6 3d10 4s2
Figure I.17. Structure de bande de ZnO en
utilisant la méthode du pseudo potentiel L22].
Les états 2p de l'oxygène forment la bande de
valence et les états 4s du zinc constituent la zone de conduction du
semi-conducteur du ZnO.
La figure I.17 illustre l'allure de la structure de bande du ZnO
de type wurtzite.
Il existe en réalité six bandes
résultantes des états 2p de l'oxygène, et les plus bas des
bandes de conduction ont une forte contribution des états 4s du Zinc.
La structure électronique de bandes montre que le ZnO
est un semi-conducteur à gap direct, le minimum de la bande de
conduction et le maximum de la bande de valence sont situés au
point . La largeur de la bande interdite est de l'ordre de 3,3
eV L22].
Tableau I.2. Propriétés
générales de l'oxyde de zinc en couche mince
L19].
|
Propriétés
|
valeurs
|
|
Paramètre du réseau à 300°K
a0
(nm)
c0 (nm)
a0/c0
|
0,32495
0,52069
1.602 (structure idéale)
|
|
Densité (Kg/m3)
|
5606
|
|
Phase stable à 300°K
|
Wurtzite
|
|
Point de fusion (°C)
|
1975
|
|
Conductivité thermique
|
0.6 - 1.2 W cm-1 °K-1
|
|
L'énergie de Gap (eV)
|
3.0 -3.3
|
|
Concentration d'électron intrinsèque
(/cm3)
|
type n : >1020 électrons
;
intrinsèque : 106 électrons ;
type p : <
1017 trous.
|
|
L'énergie de liaison d'exciton (meV)
|
60
|
|
Masse effective de l'électron
|
0.24
|
|
Masse effective du trou
|
0.59
|
|
Mobilité de Hall des électrons à
300°K
|
200 cm2/V/s
|
|
Mobilité de Hall des trous à 300°K
|
5 - 50 cm2/V/s
|
|
Valence
|
2
|
|
Résistivité intrinsèque à
300°K (Ù cm)
|
1010
|
|
Dopants type n
|
Ga , Al, , In,
|
|
Résistivité type n (Ù cm)
|
10-4 10-1
|
|
Dopants type p
|
Li, Cu, N
|
|
Résistivité type p (Ù cm)
|
106 - 1012
|
| 
