Contribution à l'étude de couches minces de matériaux semiconducteurs utilisés dans la préparation de photopiles

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Contribution à l’étude de couches minces de matériaux semiconducteurs utilisés dans la préparation de

photopiles

M. Perrot, J.P. David, S. Martinuzzi

To cite this version:

M. Perrot, J.P. David, S. Martinuzzi. Contribution à l’étude de couches minces de matériaux semicon-

ducteurs utilisés dans la préparation de photopiles. Revue de Physique Appliquée, Société française

de physique / EDP, 1966, 1 (3), pp.164-172. �10.1051/rphysap:0196600103016400�. �jpa-00242709�

164.

CONTRIBUTION A L’ÉTUDE DE COUCHES MINCES DE MATÉRIAUX SEMICONDUCTEURS UTILISÉS DANS LA PRÉPARATION DE PHOTOPILES

Par M. PERROT, ^{J. P. DAVID et S.} MARTINUZZI,

Laboratoire d’Héliotechnique, Laboratoire de Physique ^{S. P. C. N.} III, ^{Faculté des} Sciences, ^Marseille,

Résumé.

Nous avons étudié des couches minces binaires d’arséniure de gallium, ^{et de}

tellurure de cadmium, ^ainsi que des couches ternaires d’arséniure de gallium ^{et d’indium et}

de tellurure de cadmium et de mercure.

Toutes ces couches sont préparées par évaporation thermique ^{sous vide.}

Nous avons observé des propriétés semi-isolantes

les couches binaires tandis que les couches ternaires sont semiconductrices.

Des jonctions ^{p-n ont} été obtenues

les couches de CdTeHg. Elles donnent lieu à

effet photovoltaïque extrinsèque.

Abstract.

We have studied binary ^{films of} gallium ^{arsenide and cadmium} telluride,

as

well

ternary ^films of gallium ^and indium arsenide and cadmium and _mercury tellu-

ride, ^ail prepared by ^vacuum evaporation.

Semi-insulating properties ^of gallium ^{arsenide and cadmium telluride have been} observed,

while interesting semiconducting properties ^{were shown} by ternary ^{films. Some} p-n junctions

were

obtained with cadmium and _mercury telluride, ^which give ^extrinsic photovoltaic ^effects.

PIIYSIQUE APPLIQUÉE 1, 1966,

Introduction.

[Jans le but de réaliser des photo- piles ^{en couches} minces, nous ^{avons abordé} l’étude (1)

des couches d’arséniure de gallium, ^{de tellurure de}

cadmium et d’antimoniure d’aluminium ; ^{le choix}

de ces matériaux résulte du fait qu’ils ^{sont théori-}

quement susceptibles ^de présenter des rendements de conversion plus ^{élevés que le silicium.}

Nous nous sommes limités à l’exploration ^des possibilités ^de l’évaporation thermique ^{sous vide,}

en n’employant qu’accessoirement l’évaporation

flash. Nous présentons ic; les résultats obtenus avec

les couches binaires d’arséniure de gallium ^{et de}

tellurure de cadmium, puis ^avec les couches ter-

naires d’arséniure de gallium ^et d’indium, ^{et de}

tellurure de cadmium et de mercure. (Les ^résultats

concernant les couches binaires d’antimoniure d’alu- minimum font l’objet ^d’une présentation séparée.)

I. Études des couches minces d’AsGa.

^Toutes les évaporations ^sont faites dans l’enceinte vidée d’un _groupe évaporateur permettant d’atteindre et

de maintenir une pression ^de quelques ^{10-6 torr,} malgré ^les températures ^de condensation élevées

nécessaires à l’élaboration de la plupart des couches.

A) PRÉPARATION ET STRUCTURE DES COUCHES.

A cause des différences très accusées existant entre

les tensions de vapeur des éléments constituants, il n’a pas ^été possible d’évaporer directement le

composé ^{et la} méthode dite des trois températures (1) Cette étude a été faite

liaison

le Labora- toire du Magnétisme ^{et de} Physique ^{du Solide du}

C. N. R. S.

a été retenue [1] ^à f3]. ^La température ^{de conden-}

sation TQ ^se déduit des diagrammes ^{tension de} vapeur-température qui définissent un intervalle 100 °C Ts ⁶⁰⁰ OC, ^en admettant que la pression

au voisinage ^du support ^{est de 5 X} 10-5 torr, ^au

cours de l’évaporation (c’est ^ce qu’avaient ^montré

des expériences préliminaires ^{sur l’arsenic et le}

gallium [4] ^à [6]).

Cet intervalle de température ^{a été} exploré pro-

gressivement, ^et les résultats obtenus sont les sui-

vants :

1) ^{z60 °C} Ts ^{250 °C.}

Toutes les couches obtenues sont complètement amorphes, quels que soient les taux de condensation et la nature des supports utilisés. Les quelques cristallites visibles au

microscope ^{sont très} petits ^et dispersés.

2) ²⁵⁰ °C g Tx ^{400 °C.}

Les couches sont

polycristallines ^{mais ne} présentent ^{aucune orien-}

tation préférentielle. ^Sur les clichés de diffraction X

apparaissent les seules raies de l’arséniure de gal-

lium. Ces couches se décomposent ^{ou se} réévaporent

assez facilement, ^la plupart des molécules devant se trouver dans un état physisorbé.

3) ⁴⁰⁰ °C TS ^{470 °C.}

Les couches sont

toujours poiycristallines, ^les dimensions des cristal- lites étant sensiblement supérieures ^au micron. Une

légère orientation préférentielle (111) ^{se manifeste.}

Les clichés de diffraction X révèlent comme précé-

dement la seule présence d’arséniure de gallium.

4) ^Tx > 470 °C.

Les couches commencent à

se décomposer ^à partir ^{de ces} températures ^{si bien} qu’aucun ^essai d’épitaxie ^n’a pu être tenté.

5) Conclusion.

Les couches obtenues sont poly-

cristallines et dans les meilleures conditions pré-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196600103016400

165

sentent une légère orientation préférentielle (111).

Ces résultats relativement décevants proviennent

grande partie ^{de la} décomposition des couches à

partir ^{de 470 °C.}

B) PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES ^DES COUCHES MINCES

d’AsGa.

1) Variation de la conductibilités

f oric-

tion de la température.

Cette conductibilité ^est

généralement ^{faible et} les couches sont pratiquement

toutes de type p. Quelques couches de type

avaient été obtenues mais elles se sont révélées

instables et ont toujours ^fini par évoluer vers le type p.

Les variations de 7 avec T sont fonction de la

température ^de condensation Ts ^{et à}

degré

moindre du taux de condensation.

a) Tus ^{250 OC.}

Ces couches sont semi-iso- lantes. En effet, les conductibilités sont très faibles

et les variations de log ^a

i( 1 fT), ^sont linéaires,

les pentes variant d’une couche à l’autre suivant les conditions de préparation ^{comme le montre la} figure ^1, correspondant ^{au tableau 1.}

TABLEAU 1

Fic,. 1.

Ces propriétés ^{isolantes sont} certainement dur, à la structure extrêmement divisée des couches qui

facilite leur oxydation, ^{si bien} que le dépôt ^condensé

se comporte ^{comme un} semiconducteur _{par saut,} dont les énergies d’activation varient de 0,4 ^à 0,7 ^eV.

b) ²⁵⁰ -C T 0 ^470°C.

Les conductibilités

sont plus ^élevées que précédemment ^et leur varia- tion ^en fonction de la température s’apparente ^à

celle d’un semiconducteur. Les courbes _correspon- dantes sont données _par la figure ² ponr les couches définies _par le tableau II.

FIG. 2.

Dans la région extrinsèque, ^{ces courbes}

mettent ^en évidence un niveau accepteur ^situé

à 0,17 =:l:: 0,03 eV au-dessus de la bande de valence.

Ces résultats (qui s’entendent _pour des couches stabilisées _par recuits prolongés) ^{sont en accord}

avec ceux obtenus _par Davey ^et Pankey [7] qui

signalent l’existence d’un niveau accepteur ^à

0,18 ± 0,01 ^eV.

166

TABLEAU II

Aux températures ^{élevées, s} augmente plus rapi-

dement avec T, ^et semble tendre vers le régime intrinsèque. Des tentatives de dopage n’ont conduit à aucun résultat satisfaisant à cause de la méthodes de préparation retenue, qui ^{est en fait une} évapo-

ration réactive. L’arsenic donne ^en effet avec le

dopant p ^un arséniure et le gallium attaque ^faci- lemen t les dopants n, ^{si bien} qu’on ^ne fait que per- turber la stoéchiométrie du matériau condensé.

Avec les évaporations ^{flash les} dopages p ^{se sont} révélés efficients (couches ^1F, 4F, ^{de la} figure 3)

tandis _que les dopages n, ^même prononcés, ^laissaient inchangé ^le type de conduction.

Nous estimons actuellement _que les-valeurs"faibles

des conductibilités sont dues en grande partie ^à

l’action des états de surface sur les mobilités des porteurs.

La permanence du type p:serait,:el1e ^{aussi, une}

conséquence ^des phénomènes superficiels puisqu’elle pourrait provenir ^{de la} présence ^{d’une couche d’in-}

version sur les surfaces des cristallites.

L’oxygène ^absorbé par la surface des cristallites serait à l’origine ^{des nouveaux} accepteurs ^situées

à 0,17 eV de la bande de valence.

c) Ta > 4’l0 QC. - Les couches préparées ^dans

ces conditions présentent ^{un excès de} gallium

d’autant plus marqué ^{que Tg est} plus grand, ^ce qui explique les valeurs relativement élevées de s.

La figure ³ représente les variations de a avec la

température pour des couches (2E, ^{3E et} 9E) préparées ^{dans ces} conditions et définies par le tableau III.

FIG. 3.

2) Effet Hall, mobilités.

A cause des iourtes résistances des couches, ^{les mesures d’efiet Hall,}

sont très difficiles, ^voire impossibles, ^à effectuer. Le type ^de conductibrlité a tout de même pu ^être déduit et confirmé _par le test thermoélectrique.

Les couches les moins résistantes ont donné

quelques ^{résultats à} température ambiante. Les

TABLEAU III

167 mobilités ne dépassent pas dans les meilleurs ^cas

quelques cm2/V.s., ^ce qui ^{est en accord avec les}

résultats trouvés par Harvey ^et Heyerdahl [8].

3) ^{Écarts à la loi d’Ohm.}

Toutes les couches

polycristallines présentent ^{des écarts à la loi d’Ohm} lorsque ^les champs électriques auxquels ^{elles sont}

soumises deviennent élevés (~ ^{3 000} V/cm).

Toutefois les domaines de validité restent suffit-

samment étendus _pour ne pas perturber ^les

mesures de conductibilité électrique ^en fonction de la température [9].

C) PROPRIÉTÉS PHOTOVOLTAIQUES ^ANORMALES PRÉSENTÉES PAR DES COUCHES MINCES ÉVAPORÉES OBLIQUEMENT,

De nombreuses couches semi- conductrices évaporées ^à partir ^{d’un creuset incliné}

par rapport ^à la normale au support ^de façon ^à former ^un gradient d’épaisseur, présentent ^lors- qu’elles ^sont éclairées des tensions électriques ^anor-

malement élevées d’origine photovoltaïque. ^Nous

avons retrouvé un phénomène semblable pour des couches minces d’AsGa, ^{obtenues en} inclinant le creuset évaporant ^le gallium [10].

D) PROPRIÉTÉS OPTIQUES.

Nous avons essen-

tiellement mesuré les facteurs de transmission et de réflexion dans le visible et le proche infrarouge ^et

nous en avons déduit la variation spectrale ^{de la} partie réelle de l’indice de réfraction.

Elle concorde avec les résultats trouvés pour les couches minces d’AsGa et le matériau massif [11].

Nous avons également déduit les courbes de varia- tion spectrale du coefficient d’absorption K ^cm-1.

Ces courbes (comme celles de transmission) ^sont

décalées vers les courtes ou les grandes longueurs

d’onde suivant les conditions de préparation [12],

par rapport ^aux courbes attribuant la valeur

FIG. 4.

AEO

1,38 eV, ^{à la} largeur ^{de bande interdite} optique:; ^cette valeur étant obtenue par l’appli-

cation du critère de Moss.

Toutefois ^comme ces décalages peuvent ^avoir pour

origine ^une variation de AE, ^{une étude détaillée a}

été faite en fonction des conditions de préparation.

1) ^Couches amorphes.

^La figure 4 donne les courbes de transmission correspondant ^{aux couches}

condensées à T. ^{250 °C.}

Électriquement ^ces couches étaient assimilables ^à des semiconducteurs _par saut. Ce comportement ^se

retrouve pour les propriétés optiques puisque ^les

seuils d’absorption ^{sont très} peu marqués.

Les valeurs de AEO qu’il ^est possible ^{de déduire}

dans les cas les plus favorables sont inférieures à 0,7 ^{eV tout en} variant d’une couche à l’autre.

2) ^Couches polycristallines ^à I1Eo 1,38 ^eV.

Toutes ces couches sont condensées à une tempé-

rature inférieure à 400 °C et leurs épaisseurs ^sont

voisines du micron. La figure 5 donne les courbes de variation spectrale ^du facteur de transmission.

On observera _que les pentes ^des couches, ^bien _que beaucoup plus ^élevées que précédemment, ^sont

Fic. 5.

encore faibles. Cardonna [13] avait attribué ce déca-

lage ^vers les faibles énergies ^{à des défauts de struc-}

ture. Nous pensons’qu’en ^fait, les couches préparées

entre 250 et 400 °C sont composées ^non seulement de cristallites mais ^encore d’une part importante ^de

matériau amorphe ^à partir duquel ^ces cristallites

se sont développés. Si bien que la courbe de ^trans.

168

mission apparente ^{observée est décalée vers les}

grandes longueurs ^{d’onde et ce, d’autant} plus que le matériau amorphes ^{est en} plus grande quantité ^donc

que Tg ^est plus ^faible.

3) ^Couches polycristallines ^à AEO > 1,38 ^eV.

Pour les couches condensées à une température supérieure ^{à 400} °C, ^{les courbes de K cm-1}

f(03BB)

conduisent à des valeurs de AEO ^{voisines de} 1,38 eV,

et aussi à des valeurs nettement supérieures, ^e

écarts dépassant largement ^{les erreurs de mesure.}

Ces décalages ^{vers les fortes} énergies ^{sont d’autant} plus ^élevées quej ^{T’a est} plus grand (pour ^une épais-

seur donnée) ^ou que l’épaisseur ^{est faible} (pour ^Ts donnée).

Pour autant que le critère de Moss donne une

valeur correcte de AEO il semble qu’il ^se produise

une variation de l’énergie d’activation. Pour inter-

préter ^ce phénomène, ^{nous avons fait} appel ^aux

contraintes [141 provenant ^des différences entre les coefficients de dilatation des couches et de leur support ^{et à} l’action d’un champ électrique ^très

élevé développé par les doubles couches de charge d’espace ^{liées aux} surfaces des cristallites.

Nous pensons actuellement que le deuxième méca- nisme seul est à retenir.

II. Étude des couches minces de tellurure de cadmium. 2013 Ce paragraphe ^sera beaucoup plus

succinct que les autres, car nous nous sommes prati-

quement ^{limités à l’étude de l’effet} photovoltaïque

anormal.

1) PRÉPARATION DES COUCHES.

Ces couches niinces sont préparées par évaporation ^du composé,

à condition _{que la} température d’évaporation ^ne dépasse pas 800oC, afin d’éviter une décomposition

trop prononcée. ^{Le creuset est incliné} par rapport

à la normale au support ^{comme dans le cas} précé-

dent. Les couches sont polycristallines, les dimen- sions des cristallites étant inférieures à 0,5 y. La

température ^{est restée de l’ordre de} 150 °C, ^{car à}

cette valeur correspond ^{un effet} photovoltaïque

anormal maximum.

2) PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES.

^{Toutes les} couches obtenues sont, ici aussi, ^de type p, quelles que soient les conditions de préparation.

Les couches non dopées ^sont pratiquement ^iso-

lantes _{pour les} mêmes raisons _que précédemment [15] ^et [16].

L’effet photovoltaïque ^{anormal est très} marqué

pour ^ces couches puisqu’il ^atteint plusieurs ^centaines

de volts à la température ambiante pour 1. ^cm de

couche, ^et plusieurs ^{kilovolts à la} température ^de

l’azote liquide.

Comme pour l’arséniure de gallium ^{les caracté-} ristiques courant-éclairement sont linéaires tandis que les caractéristiques tension-éclairement se satu- rent assez rapidement.

Les courbes de réponse spectrale ^sont comparables

à celles obtenues avec le matériau massif. Des essais de dopage ^{à l’indium et} au mercure ont été effectués pour essayer d’abaisser la résistance des couches et d’augmenter ^{les courants débités} qui

sont très faibles (10-10 A). Malheureusement ce phé-

nomène disparaît ^{très vite} dès que la résistance s’amenuise.

3) CONCLUSION.

Quoique important ^{cet effet} photovoltaïque ^{anormal est sans} intérêt, pour l’ins-

tant du moins, ^{dans le} domaine de la conversion§de l’énergie solaire. Diverses interprétations ^{ont été}

avancées pour ^son explication, ^{mais nous} pensons que ^ce phénomène ^{est lié à la} présence ^d’un gradient

de pièges ^le long ^{du gradient} d’épaisseur.

III. Étude des couches minces ternaires d’InAsGa

et de CdTeHg. - ^{A cause des} difficultés rencontrées

avec l’arséniure de gallium ^et le tellurure de

cadmium, ^{nous avons étudié les} possibilités ^offertes

par les couches ternaires dérivées des deux composés

hinaires précédemment ^étudiés (2). ^{La formation des} alliages ternaires d’InAsGa ^et de CdTeHg ^{est aisée}

car le désordre paramétrique ^{est de} 6,5 % pour le

premier ^{est de} 0,64 % pour le second.

Nous insisterons dans ce qui ^suit plus particu-

lièrement sur les couches de CdTeHg ^{car elles ont}

conduit à la préparation ^d’une jonction p-n ^et à

un effet photovoltaïque.

A) ^{ÉTUDES DES} COUCHES MINCES d’InAsGa.

La méthode de préparation ^est celle utilisée _pour les couches d’AsGa en ajoutant simplement ^{un creuset}

FIG. 6.

(2) ^Ces composés ^{nous ont été fournis} par le Labora- toire du Magnétisme ^{et de} Physique ^{du Solide du}

C. N. R. S.

169 pour J’évaporation ^{de l’indium. Nous avons obtenu}

ainsi des couches de compositions différentes, ^{et une} composition reproductible ^{à 43} % d’InAs. La lar- geur de bande interdite optique AE, ^{varie conti-}

nûment entre les valeurs correspondant ^{aux deux} composants ^en fonction de la composition.

AE, ^est de 1 eV pour la composition reproductible

à 43 % d’ InAs. Cette variation est mise en évidence par la figure 6 construite à partir ^des valeurs de DEo

déduites des courbes d’absorption infrarouge ^rela-

tives aux couches du tableau IV.

Les résultats obtenus sont comparés ^{avec ceux}

TABLEAU IV

FIG. Îs

donnés _par Woolley, ^{Gillet et Evans} [18] pour

l’alliage ternaire massif.

Les mobilités électroniques augmentent ^très rapi-

dement avec la teneur en InAs et leur variation

avec la température ^{est donnée} par la figure ^{7. Ces}

couches pourraient ^être intéressantes mais elles sont toutes de type n ^sauf pour des teneurs en InAs

inférieures à 10 % ^{mais pour} lesquelles les mobilités

sont très faibles [19]. Comme pour les couches d’AsGa aucun dopage ^n’a pu être effectué, pour les même raisons.

B) ^ETUDE DES COUCHES MINCES DE CdTeHg. -- 1) Préparation.

Ces couches ont été préparées par

évaporation thermique simultanée des composés

CdTe et HgTe (2)

Leur composition ^{est d’environ}

50 % ^{CdTe - 50} % HgTe,

mais elle n’est connue qu’approximativement ^à

cause des difficultés rencontrées avec l’évaporation d’HgTe [19] ^et [20]. Ces couches sont polycristal-

lines et se décomposent au-dessus de 300 °C. Les

épaisseurs ^{n’ont pu} dépasser 2 u ^sans que les couches

ne se décollent du support.

2) Propriétés électriques.

Ces couches sont de type n ^tant que To ^est inférieure à 180 OC, ^{et de} type p au-dessus.

Par un bref recuit à 230 OC les couches de type n évoluent vers le type p ^et s’y stabilisent.

La variation de la constante de Hall et des mobi- lités en fonction de la température ^sont données par les figures ^{8 et 9} pour des couches définies _par le tableau V (les couches 8’ et 12’ de type p ^corres-

pondent ^{aux couches 8 et 12} primitivement ^de

type ^rtl.

Les évolutions du type ^de conductibilité doivent certainement trouver leur origine ^{dans une} oxyda-

tion du matériau condensé car il semble _peu probable

que des déplacements ^en positions interstitielles ionisées d’atomes de mercure puissent ^se produire

à des température voisines de 200 °C. Toutefois

170

FIG. 8.

comme le matériau massif [21] les valeurs de AEn

déduites des courbes de transmission diminuent très vite quand ^{la teneur en} HgTe ^croît.

Comme des couches de type p ^{et n ont} été obte-

nues nous pouvons envisager ^la réalisation d’une

jonction p-n.

IV. Essais de réalisation de cellules photovol.

taïques.

1) PRÉPARATION.

Pour réaliser une

jonction p-n, il suffit de condenser sur un support

une première ^couche qui ^{par recuit à} 230 °C évolue

FIG. 9.

vers le type p ^et s’y ^{stabilise et} de lui superposer ^une deuxième couche de type ^n.

Si des électrodes sont déposées ^au préalable ^{sur le}

support ^{et ensuite sur la couche} supérieure ^{de la} jonction, ^{nous obtenons une cellule} photovoltaïque.

2) ^{COURBES DE REPONSES} SPECTRALES.

La

figure ^{10 donne les courbes de} réponses spectrales ^de

trois cellules dont les deux premières ^{ont été réali-}

sées à partir ^{des couches 17 et 18 et 24 et 25 du}

tableau V.

TABLEAU V

Il ^est assez surprenant ^de remarquer que les lar- geurs de bande interdite photoélectrique AEph, déduite des courbes de sensibilités spectrales ^sont

nettement plus ^élevées (~ ¹ eV) que les valeurs

de 0394E0 ^extraites des courbes de transmission infra-

rouge (ci 0,5 eV). ^{D’autre part, les} caractéristiques

171

FIG. 10.

tension-éclairement se saturent assez rapidement. ^Les

valeurs des tensions de saturation sont très faibles

(10 mV) comparées ^{à celles} que donnerait une jonc-

tion _p-n réalisée avec un matériau ayant ^une énergie

d’activation correspondant ^aux courbes de sensi- bilité spectrales ^obtenues (Vs ~ 0394E/2q ~ ⁵⁰⁰ mV).

Signalons ^aussi que les ^courants débités sont de l’ordre du microampère ^{et que les} caractéristiques

courant-tension sont linéaires même quand ^{la cellule}

est éclairée.

Ces résultats peuvent provenir ^des valeurs élevées des résistances des cellules dues à la nature poly-

cristalline des couches et surtout à leur trop ^faible

épaisseur.

Il faudrait atteindre 5 à 6 y ^{au moins} pour que les résultats deviennent intéressants [21]. ^{Il semble}

que le désaccord entre les DEph ^{et les} 0394E0 puisse s’expliquer par la présence d’un effet photovoltaïque extrinsèque.

Les porteurs proviendraient ^de l’ionisation de lacunes neutres de mercure, l’énergie d’ionisation étant justement de l’ordre de 1 eV dans le matériau

massif, comme nous l’ont montré M. Rodot et ses

collaborateurs [231.

Nous travaillons actuellement à la vérification de

cette hypothèse ^en étudiant les effets photoélec- triques ^{de ces} cellules dans l’infrarouge, ^et paral- lèlement, ^en essayant d’améliorer les propriétés ^des

couches (structure et surtout composition) par l’uti- lisation d’autres méthodes de préparation.

Conclusion.

Si l’évaporation thermique permet l’obtention de couches minces semiconductrices binaires et ternaires, les couches d’arséniure de

gallium préparées ^{de cette manière ne} peuvent servir à la réalisation de photopiles.

Compte ^tenu des valeurs des mobilités mesurées

sur les couches ternaires, ^il semblerait qu’elles puis-

sent conduire à des résultats intéressants, ^en parti-

culier _par les alliages CdTe-HgTe. ^Nous essayons actuellement _par différentes méthodes d’obtenir des couches minces ternaires de CdTeHg ^{dont la} compo- sition assure au matériau des mobilités élevées tout

en conservant à la largeur ^{de bande interdite une}

valeur convenable.

NoTE.

Ce texte recouvre succinctement la partie expérimentale d’une thèse de Doctorat d’Etat ès Sciences

Physiques, ^{soutenue à} la Faculté des Sciences de Mar- seille le 26 septembre ^{1966 et} enregistrée

^{le nO 1 050}

au C. N. R. S.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^GUNTHER (K. G.), ^S. Nature, 1958, 13a, ^1081.

[2] MARTINUZZI (S.), C. R. Acad. Sc., 1961, 253, 1157.

[3] MARTINUZZI (S.), C. R. Acad. Sc., 1962, 255, 110.

[4] MARTINUZZI (S.), C. R. Acad. Sc., 1961, 252, 3244.

[5] MARTINUZZI (S.), ^{P. S. U.} A., 1961, VIII, ^n° 1, 1.

[6] ^DAVID (J. P.), MARTINUZZI (S.) ^{et PERROT} (M.),

Communication présentée

Congrès d’optique

des couches minces, Budapest, 1963.

[7] ^DAVEY (J. E.) ^{et PANKEY} (T.), ^J. Appl. Phys., 1964, 35, ^n° 7, ^2203.

[8] ^HARVEY (D. J.) ^{et HEYERDAHL} (N. E.), ^{Bull. Amer.}

Phys. ^Soc. II, 1964, 9, ^{n° 3.}

[9] MARTINUZZI (S.), ^J. Physique, 1964, 25, ^n° 6, 10.

[10] MARTINUZZI (S.), C. R. Acad. Sc., 1964, 250, 1769.

[11] ^HOWSON (R. P.), ^J. Physique, 1964, 25, ^{n° 1 et} 2,

212.

[12] MARTINUZZI (S.) ^et DECQUE (J.), C. R. Acad. Sc., 1964, 259, 2809.

[13] CARDONNA, ^J. Appl. Phys., 1963, 34, ^613.

[14] MARTINUZZI (S.), ^DAVID (J. P.) ^{et PERROT} (M.),

Communication présentée

Colloque ^de Budapest, avril 1965.

[16] MARTINUZZI (S.), ^Le vide, juillet-août 1963, 106,

354.

[16] MARTINUZZI (S.), ^PERROT (M.) ^{et FOURNY} (J.),

J. Physique, 1964, 25, ^{n° 1 et} 2, ^203.

[17] MARTINUZZI (S.), C. R. Acad. Sc., 1965, 260, ^1379.

[18] ^{WOOLLEY, GILLET et EVANS, Proc.} Phys. ^Soc., London, 1961, 77, ^700.

[19] MARTINUZZI (S.), ^DAVID (J. P.), ^PERROT (M.) ^et

FOURNY (J.), Communication présentée

90e Congrès ^des Sociétés Savantes de Nice,

avril 1965.

[20] ^FOURNY (J.), MARTINUZZI (S.) ^{et DECQUE} (J.),

C. R. Acad. Sc., 1965, 261, ^4713.

[21] ^MARFAING (H.), COHEN-SOLAL (G.) ^{et BAILLY} (F.),

C. R. du Congrès International de Physique ^des

S. C., Paris, 1964, M. 18, 1244.

[22] ^PASTEL (G.), ^Thèse d’ Ingénieur-Docteur, Paris,

1962.

[23] ^RODOT (M.), ^RODOT (H.) ^{et VERIE} (C.), ^{C. R. du} Congrès International de Physique ^{des S.} C., Paris, 1964, M. 17, ^213.

ÉTUDE DE LA PRÉPARATION ET DES PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES

DE COUCHES MINCES SEMICONDUCTRICES D’ANTIMONIURE D’ALUMINIUM Par J. P. DAVID, ^L. CAPELLA, ^{L. LAUDE et S.} MARTINUZZI,

Laboratoire de Physique S. P.C. N. III, Laboratoire d’Héliotechnique, Laboratoire de Cristallographie Physique,

Faculté des Sciences de Marseille.

Résumé.

Nous avons réalisé des couches minces du composé ^AlSb présentant des pro-

priétés semiconductrices semblables à celles du matériau massif. La technique ^de prépa- ration utilise l’évaporation simultanée des éléments constituants dans des proportions ^stoechio- métriques. ^{Pour des} températures ^{de recuit} supérieures

égales ^à 650 °C, ^{seul le} composé ^AlSb

cristallise à partir ^des phases liquides ^des composants, ^alors qu’il ^est accompagné ^d’une phase

antimoine résiduelle _{pour des} recuits effectués entre 520 et 650 °C.

Les couches sont toutes de type p ^et leur conductibilité varie entre 0,05 ^et 0,5 03A9-1 cm-1 à 250 °C. L’étude de la transmission (I. ^{R. et} visible) ^{et de} la réflexion optique ^{de ces couches}

conduit à

largeur ^{de bande interdite} optique ^de 1,90 ^{eV associée à une} transition indi-

recte nécessitant ^une énergie d’activation de 1,50 ^{eV. Ces résultats sont confirmés} par la variation spectrale ^{de la} photoconductibilité.

Abstract.

AlSb thin films, showing semiconducting properties ^{similar to those of massive} material, ^have been obtained. The preparation ^uses

coevaporation process of stoichiome- tric amounts of components. ^For temperatures higher ^than 650 °C, only ^the compound ^AlSb

is crystallized through liquid phases ^of components, ^{while a residual} antimony phase ^coexists

with it for annealing between 520 and 650 °C.

All the films

p type ^{and their} conductivities range from 0. 05 to 0. 5 03A9-1 cm-1 at 20 °C.

I. R. and visible transmission and reflectivity ^were studied ; ^this permitted ^{the determi-}

nation of the optical ^forbidden band gap found ^at 1.90 eV, associated with

indirect tran-

sition for

1. 50 eV activation energy. Measurements of the photoconduction spectral ^sensi- tivity ^{are in} good agreement with these results.

REVUE DE

PHYSIQUE APPLIQUÉE

1,

1966,

I. Introduction.

Parallèlement au travail d’ex-

ploration ^que nous avons effectué sur les couches de GaAs et de CdTe, nous avons entrepris ^l’étude

des possibilités des couches minces d’antimoniure d’aluminium dans la réalisation de photopiles.

Le choix de ce matériau provient essentiellement de la valeur élevée de son énergie d’activation

(1,52 ^{eV à} température ambiante), ^car les mobilités dans le matériau massif sont relativement faibles.

Ce composé ^n’a d’ailleurs _pas été utilisé jusqu’à présent ^{à cause de son caractère} hygroscopique ^très marqué ^{et des} difficultés rencontrées au cours des

dopages [1] ^à [20].

En couches minces, quelques ^études partielles ^ont

été faites d’abord _par Michel [22], ^{Presnov et} Synorov [23], ^Sorokin [24] puis simultanément _par J. E. Johnson [25] ^{et notre} équipe ^{de recherche} [26].

La plus grande difficulté rencontrée réside dans la

protection ^{de ces couches contre l’action de la}

vapeur d’eau et de l’oxygène. ^Ce problème ^semble

être résolu _par le dépôt d’une couche de monoxyde

de silicium sur la couche d’AISb à la température

ambiante. Nous nous sommes proposé ^{dans une} première phase d’explorer ^les procédés ^{de prépa-}

ration de ces couches _{ainsi que} leurs propriétés ^élec-

triques, optiques ^et photoélectriques.