Propriétés du CdO

L’oxyde de cadmium est un matériau qui fait partie des oxydes conducteurs transparents "TCO" lorsqu’il est dopé, il est de groupe II-VI des semi conducteurs. Une pléthore technique de dépôt à savoir le DC magnétron pulvérisant, évaporation réactive, sol-gel, le bain chimique et le spray pyrolysis ont été utilisées pour faire des couches minces de CdO.

a) Propriétés structurales:

Toutes les études cristallographiques connues montrent que le CdO cristallise dans la configuration NaCl, (voir figure (III.3)) [19,20,24]. On peut citer à titre d’exemple les travaux suivants:

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 H. Tabet a élaboré des échantillons par la technique spray pyrolysis dans notre laboratoire LECM (Laboratoire d’élaboration et caractérisation des matériaux) [1]. Elle montre que le CdO cristallise dans la configuration NaCl, (voir figure (III.3)). Elle observe l’existence de pic de diffraction (200) à 2θ= 38°33 d’intensité plus importante que le reste des pics et qui correspond à l’orientation préférentielle (voir figure (III.4)). Autres auteurs confirment ce résultat, on peut citer à titre d’exemple:  M. D. Uplane et al [26], ont fabriqué ce matériau à l’aide du technique spray. Les

films préparés à 400°C présentent une structure cristalline cubique (plus précisément une structure NaCl). Le spectre de diffraction RX observé montre des pics ayant comme orientations les plans : (111), (200), (220), (311), (222), (400), (331) et (420).  Zhiyong zhao et al [27], ont préparé le CdO dopé à l’étain (CdO :Sn), à l’aide de la

méthode "metalorganic chemical vapor deposition"(MOCVD). A leur tour, ils montrent que les pics les plus intenses, dans le spectre de diffraction RX obtenu, ont comme orientation les plans : (111), (200), (220).

 R. Ferro et al [28], ont réussi à fabriquer le CdO dopé au fluor (CdO :F) par la méthode spray. Cela a été possible en utilisant comme produit de dopage, le nitrate de fluore F(NH)4. L’étude a été entreprise à différentes concentrations de produit dopant, (de 0 à 6% de F(NH4)). Là encore, pratiquement les mêmes raies ont été observées.

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Fig. III.4: Spectre de diffraction du film CdO déposé par spray pyrolysis

à une température avoisinant les 420°C. [1]

b) Propriétés optiques:

Des études optiques sur le CdO ont été effectuées par divers auteurs. Tous les travaux entrepris montrent une bonne transparence du matériau dans la région visible-infrarouge proche: la région de 1.127eV au 2.48eV [29] réalisant des films cohérents pour les circuits optoélectroniques et les couches tompons dans les cellules solaires. La transmittance est très élevée plus que 50%. Le coefficient d’absorption (α) est de l’ordre de 104

cm^-1 dans la longueur d’onde de 600 nm [30,26]. Ils confirment aussi sans aucune ambiguïté l’existence d’un gap direct variant de 2.2 à 2.7 eV [29,30,26] selon les conditions de dépôt et de dopage. Cependant, le gap indirect n’est souvent pas observé expérimentalement. Bien que le calcul théorique prévoit son existence, il n’est pas mis en évidence par une grande majorité des auteurs. En plus de l’étude structurale, M.D. Uplane a abordé la caractérisation optique du matériau [26]. Il donne alors un gap direct de 2.5 eV. Le gap indirect faisant défaut, car il n’est pas couvert par la plage des longueurs d’onde choisies (300-900 nm) [31]. D’autres études optiques ont été menées par divers auteurs, ils donnent tous un gap direct de cet ordre, et la meilleure probabilité qui a été suggéré, c’est que le CdO a une transition verticale directe

[32,26], celle-ci est déterminée en basant sur la dépendance du coefficient d’absorption α avec

l’énergie des photons incidents.

Angle (2θ) (deg) Int en si té ( u a) (1 1 1 ) (2 0 0 ) (2 2 0 ) (3 1 1 ) (hkl) : CdO

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c) Propriétés électriques:

Certaines propriétés du composé CdO sont générées par sa composition non stœchiométrique qui dépend fortement de la procédure de fabrication adoptée [33]. En effet, la présence, dans les sites interstitiels du cadmium des ions de Cd⁺ et d’oxygène vacant, conduisent à des états de donneurs avec une concentration des porteurs variant dans l’intervalle des semiconducteurs aux conducteurs métalliques dégénérés [34, 35].

La conductivité électrique est élevée dans le CdO, elle est liée à l’excès de Cd dans le réseau cristallin. Les valeurs de la résistivité ‘ρ’ indiqué en littérature dépendent fortement de conditions spéciales de préparation (tableau (III.3)). Aucune croissance épitaxiale au sens étroit n'a été effectuée, la plupart du temps de dépôt sur le verre a été préféré pour réaliser les films transparents.

Les grandes résistivités et concentrations en porteurs sont dues au dépôt fortement non-stoechiométrique. Seulement quelques données exemplaires sont indiquées dans le tableau

(III.3) suivant:

ρ [Ω.cm] La température [K] La méthode de dépôt Référence (1,27 à 1,4).10^-3

300 Spray pyrolytique sur un substrat en verre avec densité n = (2 à 3).10²⁰ cm^-3

[36]

3.10^-3 300 Procédé sol-gel des films [37]

(0,57 à 0,66).10^-3

300 Spray-pyrolytique sur un substrat en verre avec densité n = (1,4 à 1,6).10¹⁹ cm^-3

[36]

(0,5 à 5).10^-4

300 Déposé sur le verre par évaporation réactive activé, la résistivité ‘ρ’ dépend de la température de substrat

[38]

(2 à 5).10^-4 296 Déposé sur le verre par un bain chimique [39]

Tableau (III.3): Le tableau montre un récapitulatif sur la résistivité ‘ρ’, la température et la

méthode de dépôt de quelques films de CdO

L’étude de la résistivité en fonction de la température de ce matériau a été faite par plusieurs auteurs, d’après M.D. Uplane dans [26] et aussi B.J. Lokhande dans [30], dans la gamme de température de 300K à 500K, la résistivité diminue comme la température augmente, indiquant le comportement semiconducteur du l’oxyde CdO, elle est de l’ordre de 10-2

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Cette diminution de la résistivité ‘ρ’ est due à l’augmentation de la mobilité des porteurs de charges [40].

d) Les applications de CdO:

Des investigations initiales sur CdO ont été faites pour examiner sa capacité comme TCO par Badekar en 1907 [26]. La conception de CdO est maitrisée, le CdO montre les excellentes propriétés, qui lui rendent appropriées comme"TCO" (transparent conducting oxide). Il attire l’attention des chercheurs à cause de ses nombreuses applications, en particulier dans le domaine de la conversion photovoltaïque [41,42]. Il semble aussi présenter beaucoup d’intérêt dans des utilisations comme photodiode [43] ou encore comme capteur de gaz [44]. Vu sa transmittance fort intéressante dans la région du visible, le CdO est un matériau très prometteur dans une utilisation comme fenêtre ou encore comme couche tampon dans les cellules solaires. Il a été utilisé notamment dans les hétéro-structures CdO/CdTe et CdO/CuInSe₂ [41,45]. Le CdO massif est un semiconducteur à large gap de type n, il est aussi un excellent matériau pour les applications optoélectroniques [46,40].