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Chapitre I Propriétés de ZnO
Chapitre I : propriétés de ZnO I.1. Introduction L’oxyde de zinc est un semiconducteur à large bande interdite (3,37 eV à la température ambiante) et une importante énergie de liaison des excitons (60 meV) avec une conductivité naturelle de type n. Ces trois propriétés font de ZnO un bon candidat pour des applications technologiques telles que les diodes laser et les diodes émettrices de lumière (UV, violette et bleue). Aussi, le ZnO est un matériau piézoélectrique, il est transparent dans le visible, il possède une mobilité électrique élevée et une forte luminescence à la température ambiante [13]. A l’état nanométrique (le matériau est composé de quelques centaines d’atomes), ces propriétés sont beaucoup plus intéressantes que celles du massif. En effet, lorsqu’on diminue la taille d’un objet pour atteindre une taille nanométrique, les propriétés physiques de ces objets s’en trouvent modifiées. La synthèse de micro et nano systèmes est également un enjeu majeur au niveau industriel, où la course à la miniaturisation des systèmes est à vitesse de croisière [14]. I.2. L’oxyde de zinc : propriétés spécifiques I.2.1. Propriétés structurales L’oxyde de zinc est un semiconducteur binaire II-VI qui se cristallise selon le système hexagonal structure wurtzite (a=b=0,32497 nm et c=0,52042 nm). Les atomes d’oxygène sont disposés suivant un réseau hexagonal (La maille élémentaire comprend deux côtés a=b séparés par un angle de 120° (Figure1.1)) et les atomes du zinc occupent la moitié des positions interstitielles tétraédriques ayant les mêmes arrangements que les atomes d’oxygène. La structure Wurtzite contient quatre atomes par maille dont les positions sont : O :(0, 0,0) ;(2/3,1/3,1/2) et Zn :(0, 0,3/8) ; (2/3,1/3,7/8). Chaque atome de zinc est entouré de 4 atomes d’oxygène situés au sommet d’un tétraèdre et vis versa (Figure1.2). D’après les rayons ioniques du cation et de l’anion ; la structure est relativement ouverte et les atomes de zinc et d’oxygène n’occupent que 40% du volume du cristal, laissant des espaces vides de 0.95 Ǻ de rayon. En couches minces, ZnO a une structure polycristalline avec une orientation préférentielle le long de l’axe c (002) perpendiculaire à la surface du substrat (perpendiculaire au plan ( )) ; on peut privilégier cette orientation en ajustant soit l’épaisseur de la couche, soit la température du substrat, soit la concentration du dopant [14, 15, 16]. 3
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