Absorption optique du tellurure et du seleniure de mercure entre 3 et 15 microns

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Submitted on 1 Jan 1962

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Absorption optique du tellurure et du seleniure de mercure entre 3 et 15 microns

Andrée Quilliet

To cite this version:

Andrée Quilliet. Absorption optique du tellurure et du seleniure de mercure entre 3 et 15 microns. J.

Phys. Radium, 1962, 23 (2), pp.93-95. �10.1051/jphysrad:0196200230209300�. �jpa-00236623�

93.

ABSORPTION OPTIQUE ^{DU TELLURURE}

ET DU SELENIURE DE MERCURE ENTRE 3 ET 15 MICRONS

Par Mlle ANDRÉE QUILLIET

Laboratoire de Magnétisme ^{et de} Physique ^du Solide,

Centre National de la Recherche Scientifique, ^Bellevue (Seine-et-Oise).

Résumé. 2014 L’étude de l’absorption optique de HgSe et HgTe dans le proche infra-rouge indique la prédominance ^de transitions directes et fournit les valeurs suivantes de la largeur ^{de bande}

interdite : HgSe, 0,10 eV ; HgTe, 0,01 ^eV.

Abstract.

The investigation of the optical absorption ^of HgSe ^and HgTe ^{in the near infra-red} gives ^the following values of the direct energy gap : HgSe, ^{0.10 eV ;} HgTe, ^{0.01 eV.}

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^{ET LE RADIUM TOME} 23, ^FÉVRIER 1962,

1. Introduction.

Les composés semi-conduc- teurs HgSe ^et HgTe, ^du type ^AII Bvl, ^{ont attiré}

l’attention _par les difficultés rencontrées dans la détermination de la largeur ^{de leur bande} interdite,

relativement petite. ^Les propriétés ^{de ces corps on}

été étudiées de façon systématique, ^{tant du} point

de vue électrique que du point ^{de vue} optique, ^mais l’interprétation des résultats est encore contro- versée.

R. 0. Carlson [3], ^{H. Gobrecht} [6] ^{ont tenté de}

déterminer la largeur ^{de bande} interdite, AE, ^du séléniure de mercure par les méthodes électriques

et ont trouvé des résultats différents : 0,10 ^et 0,03 ^eV (cette dernière valeur étant plutôt ^{attribuée à un}

niveau d’impureté) ^de même, pour le tellurure de mercure, les valeurs déduites des mesures élec-

triques par R. 0. Carlson [4], T. C. Harman et M. J. Logan [8], ^{W. D. Lawson et al.} [10], ^J.

BLACK et al. [1] ^{variaient entre} 0,01 ^{eV et} 0,10 ^eV.

. L’analyse ^{des courbes} d’absorption optique ^n’a

pas résolu la question. ^Pour HgSe, ^certains auteurs,

C. H. L. Goodman [7], H. Gobrecht [6], pensent

avoir évalué la largeur ^de bande interdite à à 0,5

0,7 eV ; d’autres constatent une absence totale de transmission, ^{tels A. I. Blum et A. R.}

Regel [2], ^{d’autres encore observent un minimum}

du coefficient d’absorption, ^{comme D. Red-}

field [12], ^{0. D.} Elpatievskaia [5], ^{T. C. Harman} [9]

Le tellurure ^de mercure a été étudié, pour des

énergies lumineuses supérieures ^à 0,03 eV, par T. C. Harman [9], ^{W. D. Lawson et al.} [10], ^sans

résultats mesurables, et, ^{sur des couches} minces,

par 0. ^D. Elpatievskaia ^[5], qui observe ^une

transmission constante ou présentant ^{un mini ’mum.}

: II. Technique et conditions de mesure.

a) Échantillonnage. ^{Les mesures ont été effectuées}

sur quelques échantillons monocristallins de HgSe

et HgTe obtenus par fusion de ^{zone. Les} puretés

étaient les suivant’es : HgSe, type ^{n : de} 4,2 ^à 4,7.1018 cm-3 électrons libres ; HgTe, type p : de 8,6 ^à 9,3.1018 ^{cm-3 trous libres.}

Les échantillons ^ont été polis optiquement ^sur

deux faces parallèles, ^{mais sans} décapage ^chi- mique, pour ^ne pas modifier l’épaisseur, d, égale

à quelques dizaines de microns. Ils furent montés librement ^sur leur support, afin d’éviter ^un dépla-

cement des ^{seuils et bandes} d’absorption ^résultant

de contraintes internes dans le cristal par abaisse- ment de température (les coefficients de dilatation du support ^{et de} l’échantillon étant différents,

cf. G. G. McFarlane et al. [11].

b) Appareillage. ^{On a utilisé le} spectrographe

Perkin-Elmer modèle 112r ^à prisme ^{de sel gemme,}

un filament Globar comme source lumineuse, ^et

un thermocouple ^{de haute} sensibilité Reeder RD-3W comme récepteur.

Le coefficient d’absorption, K, du corps ^a été déterminé à l’aide des mesures directes de réflexion et de transmission en fonction de la longueur d’onde, ^{entre 3 et} 14,5 microns. La largeur ^de

fente spectrale ^{a été choisie dans} chaque ^{cas aussi} petite que possible, ^{tout en} permettànt ^d’observer

des déviations suffisantes du système enregistreur

avec le gain ^{maximum de} l’amplificateur. ^{Elle est} représentée ^sur chaque graphique ^{pour la valeur} 0,310 ^{eV de} l’énergie ^des photons.

Le pouvoir réflecteur, R, ^a été mesuré par ^com-

paraison ^{avec un miroir} d’aluminium.

Les mesures ont été effectuées à la température

ambiante et à la température de l’azote liquide,

ainsi qu’à ^une température intermédiaire, ^{les basses} températures ^étant déterminées _par,un thermo-

couple chromel-alumel.

-III. Résultats. - A la température ambiante,

pour les deux composés, ^{les courbes} K(hv),- en ^coor-

données logarithmiques, ^{sont des droites de pente} 1/2, aux erreurs expérimentales près, dans ^l’inter-

valle d’énergie 0,1 - 0,4 ^eV. Or, ^{la loi de} varia-,

tion K2 ⁼ A(hv

AE) caractérise les transitions

directes, et, ^{siAE est assez} petit devant kv, ^{K2 - hv.}

Cette constatation nous a conduit à représenter

le carré ^du çoefficient d’absorption, calculé par

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0196200230209300

94

la formule K ⁼ (1/d). Ln [(1

R2)IT], ^{en fonc-}

tion de l’énergie ^des photons, ^{E =} hv, ^{déduite de}

la longueur d’onde par la relation

(cf. ^{R. A. Smith} [13]).

Examinons ces courbes K2(hv) ^{dans le cas du}

séléniure de mercure.

A la température ^{ambiante T = 297} IDK, ^les

Fie. 1.

Détermination graphique ^{de la} largeur ^de

bande interdite du séléniure de mercure (8E : largeur ^de

fente spectrale pour 0,310 eV).

points expérimentaux ^se placent ^{aisément sur une} droite, qui, prolongée, coupe l’axe ^des énergies

à la valeur 0,096 ^eV (fig. 1).

A 200 OK) ^{on obtient une courbe} parfaitement rectiligne, coupant l’axe des énergies ^en

on ne constate sur cette courbe, ^{limitée à} 0,108 eV,

aucune trace de minimum ( fig. 1).

A 90 OK) ^{on observe un} minimum bien carac-

térisé, ^à 0,162 eV, K ^{= 192} cm-1; par les points

d’énergie supérieure ^au minimum, ^on peut ^faire

passer ^une droite qui couperait ^{l’axe des} énergies

en E ⁼ 0,104 eV ; au-delà, ^{on constate la} présence

d’une bande située au voisinage ^de 0,100 ^{eV. Il}

ne peut s’agir ^d’une bande du gaz carbonique (comme ^celle qu’on peut ^{voir à} 0,288 eV), ^car

on devrait alors l’observer à 0,0825 eV ; ^{ce serait} plutôt ^{une bande} d’absorption ^d’un niveau d’im-

pureté, apparaissant ^{à une} température ^{assez basse}

FIG. 2.

Détermination graphique ^{de la} largeur ^{de bande}

interdite du tellurure de mercure (ôE : largeur ^{de fente}

spectrale pour 0,310 eV).

pour que le niveau soit partiellement dépeuplé.

La bande observée est d’ailleurs tout juste ^déce-

lable dans les conditions présentes ^{de mesure. Les}

observations de T. C. Harman [9], d’un minimum

se déplaçant ^{vers les} grandes longueurs d’onde pour

une pureté croissante de l’échantillon, pourraient

au contraire suggérer ^une absorption par les por- teurs libres.

Les courbes K2(hV) obtenues dans des condi- tions identiques pour le tellurure de ^{mercure ont} été plus difficiles à interpréter. ^{A la} température ordinaire, ^{elles ont une} portion ^linéaire qui coupe l’axe des énergies ^{en un} point compris ^entre 0,008

et 0,012 ^eV (fig. 2). L’une d’entre elles, ^allant jusque 0,090 eV, ^semble amorcer un début de

palier.

L’abaissement de la température jusqu’à ^{90 QK.}

a provoqué ^une diminution importante ^du signal

de transmission. Le nombre des points expéri-

mentaux qui ^{ont pu} être déterminés est très faible.

Cependant, ^{sur le} diagramme K2(hv), ^{ils se} placent

sur une droite coupant l’axe des énergies ^en

0,012 ^eV (fig. 2).

95

IV. Conclusion.

Les ^mesures du coefficient

d’absorption du séléniure et du tellurure .de mercure

dans le domaine spectral ^{de 3 à} 14,5 microns, ^soit 0,085 ^à 0,410 eV, ^{ont fourni des courbes dont la} partie située du côté des grandes longueurs ^d’onde

variait ^en général ^{selon la} puissance 1/2 ^de l’énergie

des photons, çaractérisant les transitions directes.

La représentation ^{de K2 en fonction de} l’énergie

lumineuse permet d’extrapoler ^la droite obtenue

jusqu’au point d’intersection avec l’axe des éner-

gies, ^dont l’abscisse peut ^être considérée comme

la largeur de bande interdite du composé ^étudié.

Celle-ci serait 0,096 ^{eV à 297} op, 0,104 ^{eV à}

200 °K, pour le séléniure de _mercure, 0,008 ^à

0,012 ^eV _pour le tellurure de mercure. Les déter- minations ne sont pourtant pas ^assez précises pour

permettre de calculer un coefficient de température.

De plus, pour le séléniure de mercure à très basse température, l’apparition ^{d’un minimum} proche ^{de la limite du domaine} spectral ^étudié

vers les petites énergies, ^{est à} rapprocher ^des

observations de plusieurs auteurs ; ^elle peut sug-

gérer ^la présence d’un niveau d’impureté, ^{ou un}

début d’absorption par les porteurs libres ; ^une

étude dans l’infra-rouge plus ^lointain s’impose

avant de tirer des conclusions définitiyes.

Manuscrit reçu le 16 octobre 1961.

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n° 7, ^{347 L7.}

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n° 3, 121, C. 11.

[13] ^SMITH (R. A.), Optica Acta, 1960, 7, ^137-157.

REVUE DES LIVRES LEGROS (R.) ^{et MARTIN} (A. ^V. J.), ^Calcul des transforma-

tions pour ingénieurs-électriciens. (Un ^{vol. relié de}

342 p., 15 ^X 23 cm, Prentice-Hall, Englewood cliffs, New-Jersey, ^en anglais, prix: $ 9,75).

Un excellent ouvrage ^{où sont} expliquées ^et appliquées

les transformations de Fourier et de Laplace- ^Les explica-

tions sont suffisantes quoique ^toute digression théorique

soit écartée. Les applications ^{sont très} nombreuses et les calculs faciles ^à suivre. Les fonctions delta et ses dérivées,

et son intégrale ^sont introduites et appliquées, bien entendu

sans l’aide de la théorie des ensembles, ^ce qui, apparemment,

ne gène guère. ^I. Série de Fourier. II. Calcul des coefficients des séries de Fourier. III. Intégrale de Fourier. IV. Trans- formation de Fourier. V. Transformation de Laplace.

VI. Ses propriétés. ^VII. Transformation de Laplace ^inverse.

VIII. Applications. IX. Circuits linéaires. X. Circuit diffé- rentiant. XI. Circuit intégrant. ^{XÏI. Basses} fréquences.

XIII. Hautes fréquences. ^XIV. Stage d’amplification compensée pour hautes fréquences.

J. WINTER.

Interactions faibles. (Un ^{vol. cartonné de 406} p., 17 X 24 cm, ^cours XI de l’École internationale de phy- sique ^« Enrico Fermi » édité par la société de physique

italienne chez Zanichelli, Bologne, ^{1960 ; en} langue anglaise, prix : ^{Lire 4} 500).

Ces leçons, ^{faites en 1959,} constituent un ensemble

remarquable, autant par la clarté que par le choix des

sujets ^les plus passionnants ^{de la} physique ^{moderne ; elles} s’adréssent, ^bien entendu, ^{à des} physiciens théoriciens formés.

Après ^{une belle} introduction de M. Rosenfeld, ^{vient une} partie théorique. ^{Une étude sur les} symétries des inter- actions par Luders (G.), puis ^{sur la} théorie du neutrino _par Touschek (B.) ,cnfin ^un long exposé ^{de Wheeler} (J. A.) ^sur les neutrinos et la ^« géométrodynamique » , ^{en d’autres} mots, la relativité générale. ^{Une 2e} partie ^{sur les corré-} lations angulaires, polarisation ^et désintégration ^{béta :}

étude de Rosenfeld (L.) ^sur les noyaux orientés, ^{de Kofoed-} Hansen (0.) détermination des constantes de couplage, ^à partir ^de la désintégration béta, ^{et de} Frauenfelder (H.) ^sur

la polarisation ^des électrons ^{et des} photors (avec analyse d’expériences). ^{Enfin une 3e} partie ^{corsacrée aux} parti-

cules étranges (par ^{Dalitz R. H., Gatto R.,} Ledermann L.

M., Fidecaro G.) ^{et une} quatrième ^{sur les. mésons mu} (par Steinberger J., Ledermann L. M., Petermann A.). ^Chacun

de ces exposés mériterait ^une aralyse ^distincte.

J. WINTER.